钢纤维定向对水泥基复合材料等效断裂韧度的影响

通过不同钢纤维分布方向和不同钢纤维掺量的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,研究了钢纤维定向对钢纤维增强水泥基复合材料等效断裂韧度的影响。利用试验得到的荷载-挠度曲线,分析了钢纤维对水泥基复合材料断裂性能的影响,并计算了等效断裂韧度。结果表明,定向钢纤维增强水泥基复合材料的等效断裂韧度要明显高于相同掺量的乱向钢纤维增强水泥基复合材料,且等效断裂韧度随着钢纤维掺量的增加而逐渐增大;定向钢纤维试件的临界等效裂缝长度小于相同掺量的乱向钢纤维试件,且等效裂缝长度随着钢纤维掺量的增加而逐渐减小。此外,依据裂缝断裂面处的钢纤维数量和方向效应系数两方面解释了钢纤维掺量及定向对等效断裂韧度的提高作用。     

龄期对定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂性能的影响

通过开展不同龄期的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,研究龄期对定向及随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料断裂性能的影响.根据试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线,分析不同龄期的钢纤维增强水泥基复合材料裂缝扩展的全过程.结果表明:钢纤维增强水泥基复合材料的弯曲强度随着龄期的增加而增加;在7 d龄期内,随着龄期的增长,定向钢纤维增强水...     

单向分布钢纤维增强水泥基复合材料（Ⅲ）：断裂性能

通过三点弯曲试验,分析比较了单向分布与乱向分布钢纤维混凝土的极限荷载、断裂韧度、断裂能和裂缝尖端开口位移.结果表明:与乱向分布钢纤维混凝土相比,单向分布钢纤维混凝土极限荷载、断裂韧度、断裂能和裂缝尖端开口位移均有明显提高.单向分布钢纤维混凝土断裂性能明显优于乱向分布钢纤维混凝土.单向分布钢纤维混凝土中有更多的钢纤维桥接裂缝两边并有效承受荷载,使其断裂性能明显提高.     

钢纤维水泥基复合材料断裂的K R曲线研究

基于Wallin阻力曲线模型,结合纤维增强复合材料断裂理论,提出了钢纤维水泥基复合材料的K-R曲线模型.通过定向与乱向两种纤维分布形式以及不同尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,验证了K-R曲线模型的合理性与适用性.结果表明:K-R曲线模型能够有效描述不同钢纤维分布形式下水泥基复合材料的断裂过程,且理论预测的峰值荷载与试验结果偏差较小.该模型可为钢纤维水泥基复合材料的断裂参数尺寸效应研究提供新方法.     

定向钢纤维水泥基复合材料的纤维分布研究

基于定向钢纤维水泥基复合材料的制备方法,研究了三种钢纤维掺量下,乱向、定向钢纤维试件截面上的纤维分布情况,统计了钢纤维在破坏断面上的数量,计算了纤维方向系数,采用分布系数β与纤维间距s定量分析了其分散程度。研究结果表明:钢纤维的分布方向不仅对截面纤维数量有影响,而且对分布系数β及纤维间距s也影响显著。由回归分析发现定向试件中的分布系数与纤维间距之间有较高的线性关系。     

定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂细观数值模拟

采用随机生成算法投放钢纤维,建立了随机乱向、定向钢纤维增强水泥基复合材料（SFRC、ASFRC）三点弯曲梁细观有限元数值模型,计算了不同纤维掺量下SFRC试件和ASFRC试件加载断裂的全过程,分析了三点弯曲梁开裂截面处的纤维应力,研究了定向钢纤维的细观增强机理.结果表明：SFRC试件和ASFRC试件荷载-裂缝张开口位移全曲线的模拟值与试验值符合较好,峰值荷载的误差在10%以内;SFRC试件和ASFRC试件的峰值荷载与纤维合力的最大值均随着纤维掺量的增加而增大,当纤维掺量为0.8%、1.2%、2.0%时,ASFRC试件的峰值荷载较SFRC试件提高了75%、111%、141%,纤维合力的最大值较SFRC试件增大了202%、144%、127%;定向钢纤维可以有效改善水泥基复合材料的断裂性能,显著提高钢纤维的利用率,延缓裂缝的扩展.     

钢纤维水泥基复合材料的发展

介绍了五种钢纤维混凝土的成型、性能以及我国钢纤维水泥基复合材料的发展状况。     

钢纤维分布形式及试件尺寸对水泥基复合材料弯曲性能的影响

在掌握了定向钢纤维水泥基复合材料制备方法的基础上,通过3种试件尺寸下,乱向、定向两种钢纤维分布形式的预制缺口梁三点弯曲试验,研究了钢纤维分布形式及试件尺寸对钢纤维水泥基复合材料弯曲性能的影响。结果表明:钢纤维的定向分布进一步提高了材料的弯曲强度,并有效改善了弯曲变形能力。在该试验尺度范围内,定向试件的弯曲强度几乎不受试件尺寸的影响,标准化后的挠度与韧性有随着试件尺寸的增大而增大的趋势。     

钢纤维水泥基复合材料力学性能试验

为进一步提高PPC的力学性能，满足国防工程的需要，进行了不同掺量钢纤维的情况下水泥基复合材料的力学性能试验。试验测得了不同钢纤维含量的情况下，水泥的各种强度。试验表明，在钢纤维体积率相同的情况下，抗折强度的提高率要大于劈拉强度的提高率，但钢纤维体积率超过一定比例后抗折强度与劈拉强度的提高率变小。随钢纤维体积率的增加，钢纤维水泥净浆的抗压强度也有所增大，但提高并不明显。并对以上试验结果做了分析，认为纤维间距是影响强度的重要原因。     

钢纤维长径比对水泥基复合材料力学性能的影响

为研究钢纤维长径比对水泥基复合材料立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和圆柱体轴心抗压强度的影响,进行了9组不同长径比镀铜微钢纤维水泥基复合材料立方体抗压强度、圆柱体劈裂抗拉强度和轴心抗压强度试验。试验研究表明:钢纤维水泥基复合材料的立方体抗压强度、圆柱体轴心抗压强度与劈裂抗拉强度随着钢纤维长径比的增大而提高。建立了钢纤维水泥基复合材料立方体抗压强度与圆柱体抗压强度比值K之间的关系,为钢纤维水泥基复合材料在土木工程的应用提供了理论依据。     

钢纤维对超高性能水泥基复合材料增强增韧的影响

为研究钢纤维对超高性能水泥基复合材料(UHPCC)增强增韧性能的影响,对掺加不同类型、掺量和排列方式钢纤维的UHPCC直接拉伸性能和弯曲韧性进行研究。结果表明,钢纤维明显提高UHPCC的直接拉伸性能和弯曲韧性。纤维掺量越高,增强增韧效果越明显;相同掺量下,波纹型钢纤维的增强增韧效果优于端钩型,这是由于波纹型钢纤维与基体间存在更强的机械咬合力。此外,沿拉应力方向有序排列钢纤维的方式更有利于UHPCC的增强增韧,表现为破坏过程呈现一定的应变硬化特征。     

镀铜钢纤维水泥基复合材料强度影响因素分析

通过对不同掺量的水泥、镀铜钢纤维的试样进行试验分析,在保证一定强度的条件下,得出水泥和镀铜钢纤维的最优掺入量,从而得到拥有良好力学性能和较为经济的镀铜钢纤维水泥基复合材料。     

水泥基石墨钢纤维复合材料性能研究

利用钢纤维和石墨为导电相,采用水泥砂浆渗浇方法,成功配制出水泥及导电复合材料,即石墨水泥砂浆渗浇钢纤维混凝土(Graphite Slurry Infiltrated Fiber Concrete,简称GSIFCON)。研究了石墨和钢纤维掺量对GSIFCON电阻率的影响规律,以及GSIFCON通电升温规律。试验结果表明,石墨及钢纤维掺量对GSIFCON电阻率的影响均有明显的渗滤阈值存在。当石墨和钢纤维掺量在达渗滤阈值时,可使GSIFCON的电阻率降低约100倍。在66.66V/m电压降的绝热条件下,GSIFCON的温升速度可达10℃/h左右。本文对GSIFCON材料的电阻率变化机理进行了分析,提出了GSIFCON导电原理模型。     

单向分布钢纤维增强水泥基复合材料(I):钢纤维方向控制

对恒定匀强磁场作用下钢纤维增强水泥净浆中钢纤维的受力状况及转动运动状态进行了分析,确定了钢纤维转动角加速度与磁场磁感应强度及磁场作用时间之间的关系,并据此计算了钢纤维达到设计方向所需的磁场磁感应强度及磁场作用时间,从而确定了单向分布钢纤维增强水泥净浆的制备条件.根据理论计算结果,在磁场磁感应强度为1.13×10-5 T、磁场作用时间为60s条件下制备了单向分布钢纤维增强水泥净浆试件,测试了试件中钢纤维的方向分布,结果表明,试件中80%左右的钢纤维方向与设计方向基本一致,钢纤维方向系数达到0.968.     

微钢纤维掺量对水泥基复合材料相关性能的影响

为了研究微钢纤维掺量对水泥基复合材料相关性能的影响,采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、外加剂、以及微镀铜钢纤维进行水泥基复合材料配合比试验。设计和制作了三种不同纤维掺量的27组立方体、棱柱体、抗拉和抗折试件,通过试验,获得了不同纤维掺量下水泥基复合材料的力学性能,分析研究微钢纤维掺量与水泥浆复合材料相关性能的关系,建立了相应的数学模型。研究结果为普通水泥基复合材料的工程设计及工程应用质量评价提供参考依据。     

高性能水泥基复合材料断裂性能

对钢纤维体积分数为0%、1%和2%的高性能水泥基复合材料(HPCC)带预制裂缝梁试件进行了三点弯曲测试,通过荷载-裂缝嘴张开位移(F⁃CMOD)曲线系统分析了试件的弯曲强度、残余强度以及起裂韧度、失稳韧度、断裂能、脆性指数等,并对其断裂面形态进行了扫描电镜测试.结果表明:钢纤维体积分数对HPCC弯曲强度、残余强度影响显著,而对起裂韧度没有影响;掺钢纤维后HPCC失稳韧度增幅可达8倍以上,但钢纤维体积分数对HPCC失稳韧度提升具有一定的限值,约为1%;掺钢纤维后HPCC断裂能大幅提升,且随着钢纤维体积分数的增加而增加;掺钢纤维能有效降低HPCC脆性,但更高的钢纤维体积分数对HPCC脆性的降幅不显著;HPCC加载初期微裂纹的形成与扩展主要由基体自身性能决定,钢纤维失效经历了纤维与基体脱黏和剥离的过程,失效模式为钢纤维拔出,钢纤维并未发生断裂.     

镀铜钢纤维水泥基复合材料正交试验分析

通过水泥、普通砂、镀铜钢纤维和减水剂混掺水泥基材料的正交试验,分析了相关因素对镀铜钢纤维水泥基复合材料力学性能的影响规律,为镀铜钢纤维水泥基复合材料配合比的进一步改进提供了基础数据,以促进高性能水泥基材料的研制开发与应用。     

钢纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

对掺入两种形状、3种钢纤维体积率的水泥基复合材料进行了抗压、抗折试验,并结合数字图像相关技术对抗折过程中试件的破坏形态进行实时观测。试验结果表明:钢纤维的掺入对水泥基体抗压强度提高不明显,但对抗折强度和弯曲韧性提高显著,并且均随钢纤维体积率的增加而增加;在相同体积率下掺入两种形状钢纤维的性能差别不大,两种钢纤维在微裂缝扩展阶段、宏观裂缝开展阶段、宏观裂缝扩展阶段3个阶段都改善了试件受力状态,延缓了开裂,起到了增韧作用。     

微钢纤维水泥基复合材料劈裂抗拉强度研究

为研究不同长径比微钢纤维和不同微钢纤维体积掺量对水泥基复合材料抗拉性能的影响,试验设计了3组不同基体混凝土强度(C50、C70、C90)共24组不同配合比,测试了试件28 d劈裂抗拉强度。分析研究了不同长径比微钢纤维掺量、不同体积率微钢纤维掺量与水泥基复合材料抗拉性能之间的相互关系,建立了相应的数学模型。研究结果为微钢纤维水泥基复合材料的工程设计提供了理论依据。