不同几何尺寸纤维对水泥浆体性能的影响

选用碳纤维、微细钢纤维和普通钢纤维三种不同几何尺寸纤维,通过抗压抗折实验以及抗弯荷载曲线等方法,研究了它们对水泥基最基本层次水泥浆体的作用效果.研究结果表明,在相同体积掺量时,水泥净浆抗折与抗压以及抗弯强度均按普通钢纤维、微细钢纤维、碳纤维的次序递增,增韧作用则按此次序递减;不同掺量的同种纤维,其抗折强度与抗压强度则随纤维掺量的递增而提高;采用声发射试验,能较好地反映不同几何尺寸的纤维对净浆的增强与增韧作用.     

混杂纤维增韧水泥基复合材料的静动态弯拉性能

为了掌握钢纤维-聚乙烯纤维(PE纤维)混杂对水泥基材料静动态弯拉性能的影响规律,通过三点弯拉试验和落锤冲击试验方法,研究了钢-PE纤维混杂(掺量保持体积分数2.0%不变)增韧水泥基复合材料(HFTCC)的静动态弯拉性能,分析了钢纤维与PE纤维的混杂效应以及相应的增韧机理。结果表明：HFTCC静态弯拉性能与钢-PE纤维中PE纤维掺量正相关,而动态弯拉性能与钢纤维掺量表现出较强的正相关。1.5%(体积分数) PE纤维与0.5%钢纤维混杂表现出最佳的静态弯拉峰值应力;1.5%钢纤维0.5%PE纤维表现出最佳的动态弯拉能量吸收。在静态弯拉下,钢-PE混杂纤维相较于2.0%钢纤维对HFTCC峰值强度及能量吸收提升幅度分别为26.5%～31.7%与14.8%～56.8%;HFTCC的动态强度增长因子(DIF)与能量吸收表现出明显的应变率效应。钢纤维和PE纤维适当混杂可对HFTCC发挥较好的协同增强增韧效应,从而有效提升HFTCC的静动态弯拉性能。     

纤维混掺改性高强自密实混凝土试验与分析

为研究不同结构层次纤维混掺对混凝土力学性能的改善作用,以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维的掺量为参数,设计制备了纤维混掺改性高强自密实混凝土.试验表明:相较对照组,纤维改性混凝土的工作性能略有降低,而力学性能有不同幅度的提高,立方体抗压、轴压、劈裂、抗折强度的最大增幅分别为18.52％、21.10％、57.17％和54.40％.将数值分析与非线性回归结合,获得非样本纤维掺量下混凝土强度分析值的基础上,确定不同纤维的最优掺量.研究结果显示:适当掺量且分散良好的镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维混掺对高强自密实混凝土抗压、劈拉及抗折强度的提高分别存在超叠加、叠加及负混杂效应.     

含孔片状废旧PET增韧水泥基复合材料的制备及性能评价

废旧塑料高值化利用对促进塑料循环利用具有重要意义。从提高填充材料和基体的啮合强度出发,开发以含孔废旧塑料为增韧材料的增韧水泥基复合材料是废旧塑料高值化利用的有效途径之一。以含孔片状废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和水泥复合,制备了增韧水泥基复合材料,并考察其抗折强度、冲击性能和拉伸拔脱载荷,分析了其增韧机理。相比未用PET增韧水泥基体,增韧水泥基复合材料的冲击强度由14.6 J/m^2增加到36.7 J/m^2,增加了1.5倍,抗折位移也由0.66 mm陡增至7.4 mm,但抗折强度由7.67 MPa降低到2.85 MPa。上述结果表明,含孔废旧PET塑料片和水泥基体形成的互穿结构起到了传递、分散载荷的作用,使增韧水泥基复合材料由瞬态脆性破坏转变为渐进式韧性破坏,虽然水泥基体的抗折强度降低,但显著延长了水泥基体的弯曲断裂过程,使增韧后的水泥基复合材料具有更强的抵抗碎裂的能力。此外,在研究范围内,水泥基复合材料中废旧PET塑料片材越多,单位塑料片对复合材料的增韧贡献度越大,具有增韧“筷子效应”。     

PVA纤维对水泥基材料性能的影响研究

通过对不同纤维掺量的PVA-ECC试件进行抗压强度和抗折强度试验以及干缩试验,探究PVA纤维对水泥基复合材料基本力学性能和干缩性能的影响。结果表明:PVA纤维的掺入,可以提高水泥基复合材料的抗折强度,在0～3.6kg/m~3的掺量区间内,PVA纤维掺量越大,P水泥基复合的抗折强度越大;PVA纤维的掺入可以提高水泥基材料的抗压强度,但是不显著;PVA纤维掺量1.8kg/m~3时,其对水泥基材料的干缩有抑制作用。     

桥梁伸缩缝超高性能混凝土关键性能的研究与应用

基于不同纤维混杂效应设计原理,利用PVA纤维或聚丙烯纤维与钢纤维二元混杂优化,制备了一种常温养护桥梁伸缩缝超高性能混凝土(UHPC),并探讨了其在实际工程中的应用.研究结果表明,采用这种方法所制备的混杂纤维增强UHPC不仅具有较高的强度且抗裂性好.当用掺量为20 kg/m的聚丙烯纤维与钢纤维混杂时,UHPC常温养护2 d时的抗折强度和抗压强度可分别达到13.6 MPa和40.9 MPa,28 d时可分别达到51.3 MPa和138.5 MPa,且无明显的收缩开裂现象.工程实践表明,利用该混杂纤维增强UHPC对桥梁伸缩缝混凝土的病害进行整治时,不仅可以达到技术性能使用要求,而且可实现快速恢复交通,具有广阔的推广应用前景.     

基于RSM优化玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料力学性能

为了探明玄武岩纤维的直径、长度、掺量及其两两交互作用对磷石膏基复合材料力学性能的影响机制并实现其多目标优化，采用Box-Behnken响应面法（RSM）设计实验，并建立了复合材料28 d抗压、抗折强度的多项式回归模型。结果表明，纤维掺量对复合材料力学性能的影响最为显著，而直径与长度的交互作用、长度和掺量的交互作用分别是影响其抗压强度和抗折强度的关键性因素，这主要是源于基体在压缩和弯曲过程中的受力特性和不同参数下纤维在其中所产生的应力效应不同。对纤维参数进行优化得出最优条件：纤维直径为13μm、长度为9.439 mm、纤维质量分数为1.023%，该条件下复合材料抗压、抗折强度分别为31.878、6.347 MPa，模型验证实验相对误差分别为2.02%和5.09%，模型精确度高，拟合效果好，表明RSM可用于纤维增强石膏基复合材料的强度预测和纤维参数优化。     

聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能

采用混掺聚甲醛(POM)纤维和玄武岩纤维(BF)的方法制备了一种多尺度纤维混杂体系的复合材料,研究了其抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及直接拉伸强度等基本力学性能,并通过扫描电子显微镜和数码电子显微镜对其微观结构进行分析。抗折、抗压强度试验结果表明,混掺两种纤维试样的抗折强度和早期抗压强度均明显优于单掺POM纤维试样,然而,28 d抗压强度有小幅下降;三点弯曲试验结果表明,单掺POM纤维可以改善水泥基材料的韧性并提高材料的等效弯曲强度,混掺BF后,等效弯曲强度进一步提高。微观分析结果表明,POM纤维和BF与基体结合紧密,两种纤维在宏观和微观尺度上均起到协同作用,共同发挥阻止裂纹扩展的作用,从而改善水泥基复合材料的韧性并提高强度。     

氧化石墨烯沙漠砂水泥基复合材料力学性能研究

通过正交试验,分析了氧化石墨烯(GO)掺量、沙漠砂替代率、水灰比和胶砂比对GO-沙漠砂水泥基复合材料28 d的抗压强度、抗折强度和稠度值的影响趋势.在正交试验基础上,进一步揭示沙漠砂替代率和GO掺量对复合材料7d、28 d抗压强度和抗折强度的影响规律.试验研究表明:随着GO掺量的增加,水泥基复合材料抗折和抗压强度先提高后降低,且对于抗压强度增强效果略超过抗折强度.当GO掺量为0.03wt％时,GO-沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度达到最大值;随着沙漠砂替代率增加,GO-沙漠砂砂浆试块抗折和抗压强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为50％时,氧化石墨烯沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度均达到最大值;但沙漠砂替代率为100％时,掺量为0.03wt％的GO-全沙漠沙水泥基材料强度提升最高,且28 d抗压、抗折强度可达标准砂试块强度.通过SEM对GO增强沙漠砂水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,并且与沙漠砂活性材料产生正相关作用,从而形成更加致密均匀的结构改善沙漠砂水泥基复合材料的宏观性能.     

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。     

纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材料的物理性能的影响

选用不同尺度的钢纤维、高弹维纶纤维、低弹聚丙烯纤维,按二元或三元混杂增强水泥基复合材料,系统研究了其限缩与抗渗性能及其与膨胀剂的复合效应,并通过孔结构测试剖析了纤维混杂增强及其与膨胀剂复合对提高水泥基的限缩与抗渗能力的机理.     

混杂纤维对脱硫石膏基复合胶凝材料性能影响

掺加聚乙烯醇（PVA）纤维、玄武岩纤维（BF）及混杂纤维（PVA纤维与BF）对脱硫石膏基复合胶凝材料性能进行改性,研究纤维复合材料的力学性能、耐水性能及耐干湿性能;应用电镜扫描技术对复合材料的微观形貌进行观察,探讨纤维对脱硫石膏基复合胶凝材料的影响机制。结果表明：PVA纤维掺量为1.5%时复合材料力学性能较好,试样的绝干抗折强度和绝干抗压强度较空白组分别提升了92.55%和32.62%;混杂纤维掺量为0.9%时耐水性能较好,试样的抗折软化系数较空白组提升了46.60%、吸水率低至13.87%;混杂纤维掺量为0.6%时耐干湿性能较优,干湿强度系数较空白组提升了50.74%。     

混杂纤维混凝土力学性能研究

纤维以其塑性变形小、强度高、韧性大等优点在混凝土中得到越来越广泛的应用,但由于不同纤维的尺度与性能不同,导致其对混凝土的力学性能影响结果不同,因此本文分别对单掺、双掺仿钢纤维和聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度进行了试验研究,并将其与普通混凝土的力学性能进行比较。结果表明,纤维混凝土较普通混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度都有明显提高,且混杂纤维较单一纤维混凝土的强度提高更为明显,混杂纤维混凝土的强度与钢纤维混凝土强度相差不大,并以成本低、分散性好、不易锈蚀等优点可以取代钢纤维在某些工程中的应用。     

PVA纤维增强水泥基复合材料高温性能研究

对PVA纤维增强水泥基复合材料的高温性能进行研究,分别测试了该材料在经受不同高温后的质量损失、抗压强度以及弯曲韧性,并对其微观结构变化进行了分析.结果表明,相比于普通水泥基材料,PVA纤维增强水泥基复合材料的抗压强度高,变形能力大,抗折强度高,弯曲韧性优越,其中纤维掺量为2％的试块28 d抗压强度达到45.98 MPa,抗折强度可达到14.10 MPa,最大挠度达到0.68 mm;高温处理后掺有PVA纤维的试块完整性良好,没有出现破坏性断裂,只表现为微小裂纹;随着温度的升高,不同纤维掺量砂浆试块的质量损失增大,抗压强度和抗折强度以一定的速率下降,但在800 ℃高温处理后试块仍具有一定的抗压强度和弯曲韧性,纤维掺量为2％的试块的抗压强度能达到18.9 MPa,最大挠度可保持在0.12 mm;根据微观测试可以看出,随着温度的升高,纤维缓慢熔出使试块内部出现相互交错的孔隙通道可有效防止试块高温爆裂,试块内部结构由致密变为松散蜂窝状.     

钢-PVA混杂纤维增强工程水泥基复合材料弯曲性能研究

为了弥补现有钢-聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强工程水泥基复合材料造价过高、工程应用面狭窄的缺陷,本文通过使用廉价的国产PVA纤维部分替代日产PVA纤维制备出一种新型的多元混杂纤维增强工程水泥基复合材料(MFECC)。研究MFECC材料薄板试件的弯曲性能和破坏形态,对试件的弯曲韧性和性价比进行评价,并通过SPSS软件的多元非线性回归法建立极限弯曲性能预测模型。结果表明,引入国产PVA纤维后MFECC薄板的应变硬化力学行为和多缝开裂现象相较于仅掺日产PVA纤维时有所降低,但仍具有较高的强度与延性。当钢纤维、日产PVA纤维和国产PVA纤维体积掺量分别为0.2%、0%和2.0%时,MFECC的极限拉伸应变为4.4%,抗压强度为46.39 MPa,极限抗弯挠度可达12.697 mm,性价比最高。建立的MFECC薄板试件的极限弯曲性能预测模型对试验值的拟合度良好。     

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC)的力学性能

为提高高性能纤维增强水泥基复合材料的性价比,设计了一种由聚乙烯醇(PVA)纤维、钢纤维以及碳酸钙晶须作为增强材料,水泥砂浆作为基体的混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC).通过单轴压缩试验和四点弯曲试验对这种HyFRSHCC的抗压和抗弯性能进行了研究.结果表明HyFRSHCC的抗压强度高于基体材料,且在破坏时能保持良好的整体性;在弯曲荷载作用下表现出显著的应变硬化特征及多缝开裂行为,具有较高的能量吸收能力与变形能力.扫描电子显微镜(SEM)的观察结果表明碳酸钙晶须在材料破坏过程中限制了微裂缝的发展,而PVA纤维与钢纤维实现了对宏观裂缝的控制.通过引入碳酸钙晶须和钢纤维可以适量代替价格较高的PVA纤维,降低纤维增强应变硬化水泥基复合材料的成本.     

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。     

混杂粗纤维轻骨料混凝土的力学性能及耐久性的试验研究

为了改善轻骨料混凝土的力学性能和耐久性能,在轻骨料混凝土中混合掺加了两种粗纤维,即高模量的钢纤维和低模量的辅特维.本文通过辅特维掺量的改变,研究混杂纤维对轻骨料混凝土抗压强度、抗折强度及抗渗性能和抗碳化性能的影响.结果表明:两种纤维混杂后的轻骨料混凝土的抗压强度明显降低,抗折强度略有降低.在适当掺量条件下,对抗渗性能及抗碳化性能有一定的加强作用.     

PVA-ECC抗折强度与氯离子渗透性能试验研究

通过抗折强度试验与非稳态氯离子快速迁移方法对11组PVA-ECC试件进行研究,分析粉煤灰掺量及纤维掺量对PVA纤维水泥基复合材料抗折强度与氯离子渗透性能的影响.结果表明:试块抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,随纤维掺量的增加而提高.当粉煤灰掺量为45％～50％、纤维掺量在1.5％～1.75％之间时,材料氯离子扩散系数最小.     

PVA纤维增强快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料性能的研究

针对快硬硫铝酸盐水泥基快速修补材料易开裂的问题,为了提高其韧性,增强其抗裂能力,设计并制备了PVA纤维快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料(CSA-ECC),开展了PVA纤维不同体积掺量下CSA-ECC材料的工作性,抗压、抗折强度,单轴拉伸性能及弯曲韧性的试验研究,通过SEM观察分析了PVA纤维在CSA-ECC材料中的作用机理.研究结果表明:CSA-ECC材料浆体的流动度随纤维体积掺量的增多而降低,在掺量为2％时会出现结团现象;当纤维体积掺量高于1％时,抗压强度会出现略微下降;抗折强度随纤维体积掺量的增多而增大,纤维掺量为2％时,抗折强度可提高333％;当纤维体积掺量大于1.5％后材料在单轴拉伸下呈多缝开裂的破坏形式,在弯曲荷载作用下表现出良好的韧性特征和变形能力.