超高韧性水泥基复合材料弯曲性能及韧性评价方法

本文利用薄板试件和梁试件,采用三分点加载,对超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受弯性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上探讨了适于UHTCC弯曲韧性的评价方法。薄板四点弯曲试验表明,UHTCC材料具有可与金属相比拟的弯曲变形能力。四点弯曲梁试验表明,UHTCC材料具有优异的裂缝无害化分散能力,在荷载达到峰值裂缝开始局部化扩展之前,裂缝在整个梁深几乎始终以扁平形式存在和扩展,宽度始终保持在几十个微米量级,不同梁深位置的变形协调通过裂缝条数的变化实现。梁试验表明,UHTCC具有非常高的耗能能力,到达峰值荷载时消耗的能量是对应钢纤维消耗能量的13倍,该材料试件在跨中挠度达到l/60时仍能够保持良好的完整性,是用于结构抗震的理想材料。在弯曲韧性的评价方法分析中发现,ASTMC1018方法中的韧性指数用于评价UHTCC可能会引起一定的误导,将限定计算挠度扩展后的JSCE-SF4方法能够很好地描述该材料的耗能能力,而本文定义的变形硬化系数法通过给出不同变形情况下的抗弯强度,不仅能够有效评价UHTCC的韧性特征,也能够很好地满...     

超高韧性水泥基复合材料单轴压缩疲劳性能研究

对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）进行单轴压缩疲劳试验,研究其压缩疲劳寿命、疲劳变形特征、纤维破坏形态以及疲劳寿命方程。结果表明：在单轴压缩疲劳荷载作用下,UHTCC材料的三阶段变形特征与普通混凝土以及钢纤维混凝土类似,所不同的是,该材料在疲劳荷载作用下的变形明显大于其静载包络线,具有更优异的变形能力,在疲劳破坏时呈现更显著的延性特征;疲劳破坏后,疲劳破坏面上的纤维受到严重挤压,其形态不同于纤维初始形态以及单调荷载作用下纤维的破坏形态。UHTCC材料的压缩疲劳寿命服从威布尔分布,p-S-N双对数方程可根据威布尔参数拟合得到。该研究结果可为UHTCC材料的工程应用提供参考。     

超高韧性水泥基复合材料与既有混凝土黏结性能

通过共256块超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)与既有混凝土黏结而成的立方体试件的劈拉和剪切试验,研究了既有混凝土黏结面粗糙度、抗压强度、黏结面干湿状态以及UHTCC浇筑方位等因素对该2种材料黏结劈拉强度、黏结剪切强度的影响.研究表明:在相同浇筑条件下,各种因素对UHTCC与既有混凝土黏结劈拉强度和黏结剪切强度的影响...     

聚合物对超高韧性水泥基复合材料性能的影响

采用苯丙乳液和环氧乳液对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)进行改性,研究二者对UHTCC力学性能、黏结强度、收缩率的影响.结果表明:对比未改性UHTCC,苯丙乳液和环氧乳液改性的UHTCC抗压强度和抗折强度均降低,但黏结强度提高,收缩率减小;苯丙乳液改性UHTCC的极限应力和早期初裂应力降低,但90d的初裂应力提高,极限应变保持不变,初裂应变增大;环氧乳液改性UHTCC的极限应力、初裂应力提高,初裂应变增大,但极限应变减小,拉伸应变硬化现象不显著.     

超高韧性水泥基复合材料干燥收缩性能试验研究

超高韧性水泥基复合材料(ultra-high toughness cementitious composites,简称UHTCC)作为一种新型的水泥基复合材料,其拉伸应变能达到3%以上,但是其胶凝材料用量较大且不含粗骨料,在凝结硬化及硬化后的服役过程中干燥收缩值较大。通过干燥收缩试验,结合对收缩应变及质量损失率的分析,本文探究了不同的纤维体积掺量、粉煤灰掺量、水胶比及前期养护时间对UHTCC干燥收缩的影响规律。结果表明:UHTCC的干燥收缩与质量损失在前期发展较快,掺入纤维后能够一定程度地降低收缩;粉煤灰掺入后会降低水化相生成速率,减小毛细水散失引起的水泥石拉力,从而降低UHTCC的收缩;水胶比增大后水化相毛细孔中存在的水分增多,毛细孔连通性增强,干缩增大;经过前期的养护,UHTCC水化程度提高,易产生收缩的水化相数量增加,收缩应变增大。     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料约束梁耐火性能试验研究

对3个钢筋混凝土（RC）约束梁试件和3个钢筋增强超高韧性水泥基复合材料（RECC）约束梁试件进行了升降温全过程耐火性能试验,研究了升降温全过程中梁端约束、受火时间等参数对梁试件高温下变形和内力的影响,比较了RECC约束梁和RC约束梁高温下的温度场分布、变形和内力。研究结果表明：RECC约束梁的截面测点温度低于RC约束梁,在相同的条件下,RECC约束梁的跨中挠度和梁端弯矩均小于RC约束梁;升温时间为60min的RECC约束梁轴向变形峰值比RC约束梁低25%,RECC约束梁轴力比RC约束梁低18%,升温时间为120min的RECC约束梁和RC约束梁轴向变形和轴力峰值比较接近;梁试件的反弯点位置在整个升降温过程中不断变化,在降温到某一时刻反弯点会基本消失。     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能计算分析与试验研究

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有优异的抗裂和能量吸收能力,用其取代混凝土可显著提高结构的耐久性和延性。为了推广UHTCC在限裂要求严格的结构中的应用,开展了钢筋增强UHTCC受弯构件即RUHTCC梁的研究。根据RUHTCC梁受拉区UHTCC不退出工作的特点,采用弹性理论推导RUHTCC梁受弯承载力计算公式,并将计算结果与无腹筋长梁弯曲试验结果进行验证对比。结果表明:在正常使用状态下,裂缝宽度保持在0.05mm以内,满足处于高腐蚀环境下结构裂缝宽度限值要求;RUHTCC梁平截面假设成立;起裂后直至钢筋屈服,UHTCC和钢筋保持很好的变形协调性;试验结果与理论计算吻合,计算得到的延性指数偏于安全,在实际工程设计中用其来预测结构或构件的延性是合理的;与钢筋混凝土梁相比,UHTCC能够延缓钢筋屈服,提高结构或构件的承载力和延性,降低钢材用量;低配筋率有利于UHTCC材料性能的发挥。     

浅谈超高韧性水泥基复合材料在桥梁湿接缝中的应用

传统混凝土湿接缝由于预制T型梁的约束效应、温度效应、行车疲劳荷载及混凝土自收缩等因素导致普通混凝土湿接缝在终凝拆模及后期使用过程中容易引起裂缝、渗漏水及耐久性问题。为了避免混凝土湿接缝裂缝的产生,防止渗漏水,并提高湿接缝的耐久性和外观质量,浙江交工与浙江大学合作,研发应用于混凝土桥梁湿接缝的超高韧性水泥基复合材料。本文将探索新型UHTCC湿接缝的施工技术及工艺,解决普通混凝土连续梁桥湿接缝裂缝、耐久性及外观质量问题。文章中就此展开论述,现总结归纳如下。     

等幅疲劳荷载作用下超高韧性水泥基复合材料弯曲疲劳寿命试验研究

通过弯曲疲劳试验研究了超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）的弯曲疲劳寿命、疲劳变形以及破坏特征等。试验结果表明：疲劳荷载作用下,UHTCC也会产生多条裂缝,随应力水平降低,裂缝数目减少,使得其变形能力减弱;疲劳破坏后,试件断面可分为3个不同区域,且不同应力水平下,纤维的拔出破坏和拉断破坏比例不同。UHTCC疲劳寿命服从双参数的威布尔分布,根据威布尔参数拟合的S-N双对数方程呈明显的双线性特征,原因是在低周与高周疲劳荷载循环作用下UHTCC中PVA纤维发挥作用的程度有所不同。     

超高韧性水泥基复合材料加固钢筋混凝土梁弯曲控裂试验研究

按照正常配筋浇筑了9根钢筋混凝土梁,在部分混凝土梁受拉面上浇筑复合材料进行局部加固,其中1根为未加固的混凝土对比梁,5根为后浇超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)加固梁,3根为后浇UHTCC层配置纵向受力钢筋的加固梁。通过三分点受弯试验,对后浇UHTCC加固梁的破坏形态、梁体变形、裂缝发展、开裂荷载以及承载力等进行研究,并与未加固混凝土对比梁进行比较。结果表明,该加固方法能够有效提高梁的承载力和初始截面刚度,加固后仍有较好的延性,加固层限制了上层混凝土宏观裂缝的发展并实现将其无害化分散,推迟梁底有害裂缝的出现,提高了构件的正常使用极限荷载,具有良好的加固效果。试验还发现,不同的加固长度和后浇层厚度导致了不同的破坏形式;若构件在强度和刚度上有较高要求,可选择在后浇UHTCC层中布置纵筋;布置纵筋后,加固层端部集中应力随之增大,植筋可改善UHTCC和既有混凝土界面的粘结受力状态。     

粉煤灰对高温后UHTCC试块抗折强度的影响

对控制不同粉煤灰含量的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的高温后残余力学性能进行了实验研究,探讨了控制粉煤灰变量下高温对于其抗折强度以及质量损失率的影响,并就劣化机理进行分析。研究结果表明:粉煤灰含量对于质量损失无明显影响,而高温后粉煤灰含量对抗折强度损失有一定的影响,在200℃之前,粉煤灰含量较少组抗折强度损失率为7.5%,粉煤灰含量较多组抗折强度损失率为2.7%;400℃到600℃之间,高粉煤灰含量有效提高抗折强度;800℃后高粉煤灰含量组抗折强度损失明显,粉煤灰含量的增加可以在一定程度上提高UHTCC高温后的力学性能。     

高温后再生砂浆单轴受压应力-应变关系试验研究

为得到高温后再生砂浆单轴受压应力-应变关系,对72个70.7 mm×70.7 mm×216 mm不同再生细骨料取代率的再生砂浆试件进行单轴受压试验,实测了20~800℃温度作用后试件的应力-应变全曲线,分析了再生砂浆的高温性能,以及再生细骨料取代率和经历温度对再生砂浆峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比、体积应变和单轴受压应力-应变全曲线的影响。结果表明:不同再生细骨料取代率的砂浆试件高温后的表面颜色均经历灰色、浅红、灰白的过程,温度高于400℃以后开始出现裂缝、掉皮、疏松等现象;再生砂浆试件高温后质量损失率高于普通砂浆试件,温度高于400℃以后各类砂浆试件的质量损失率保持稳定;相同温度下,随着再生细骨料取代率的增加,单轴受压应力-应变曲线峰值应力减小,峰值应变增加,弹性模量减小,脆性更加显著;随着温度的升高,峰值应变逐渐增大,而峰值应力、弹性模量与体积应变临界点对应的应力比均持续减小,应力-应变曲线渐趋扁平。通过回归分析,建立了再生砂浆高温后峰值应力、峰值应变、弹性模量与温度的关系计算式,以及单轴受压分段式本构方程。     

高温后再生混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

利用废弃混凝土经机械破碎后制成的再生粗、细骨料,制作168个不同再生粗、细骨料取代率尺寸为100mm×100mm×300mm的再生混凝土试件,经历20～800℃作用后进行单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了不同再生粗、细骨料取代情况和经历温度对再生混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比和单轴受压应力-应变全曲线的影响。结果表明：相同温度作用后,随着不同再生骨料取代率的增加,峰值应变增大,弹性模量减小,单轴受压应力-应变曲线峰值应力减小,峰值应变增大,脆性增大;随着经历温度的升高,峰值应变与泊松比先降后增,并在温度400℃后增幅最大,而峰值应力与弹性模量均持续减小,应力-应变曲线渐趋扁平,与横轴包围面积显著减小;再生粗、细骨料单独掺入对混凝土受力性能的影响比较一致,同时掺入时性能退化较快。通过回归分析,建立各组再生混凝土试件单轴受压分段式应力-应变本构方程。     

超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用

系统介绍超高韧性水泥基复合材料名称由来、分类、基本性能、材料设计方法及其在实际工程中的应用情况.在基本性能部分,详细地介绍超高韧性水泥基复合材料高于混凝土的受压变形能力、在直接拉伸荷载作用下表现出显著的准应变硬化特征和产生多条细密裂缝的能力、在弯曲荷载作用下表现出的超高韧性和产生多条细密裂缝的能力、在剪切荷载作用下表现出具有明显延性特征的破坏模式、与钢筋的变形协调性能.简要介绍UHTCC对缺口的不敏感性、显著的韧性断裂特征,以及约束收缩特性.在材料设计方法部分,详细介绍准应变硬化模型、准应变硬化性能参数,以及材料中纤维、基体和界面各组分的选择.在实际工程应用部分,介绍材料在提高结构耐久性、进行耐久性修补和在新型结构方面的应用,及其在新建、扩建工程中的使用情况.最后简要分析超高韧性水泥基复合材料在工程中的应用前景,并结合国内外的研究现状提出进一步研究的方向.     

硅质轻型墙板材料受压性能试验研究

GLC硅质轻型墙板是一种新型的复合墙板,为研究其发泡水泥芯材和砂浆的受压性能,进行了4组24块标准试件单轴受压试验,得到了芯材和砂浆试件的破坏形态、全曲线特征、峰值应力、峰值应变、弹性模量,给出材料的应力-应变曲线方程.结果表明:砂浆与芯材的破坏形态主要是劈裂破坏,两者单轴受压应力-应变全曲线下降段有所不同,通过理论分...     

高性能GFRP包裹RC方柱的轴心受压试验研究

结合具体工程实践，分析了高性能GFRP条带等间距包裹钢筋混凝土方柱的强度、层数影响和轴压比导致的应变滞后情况。结果表明。随着层数的增加，强度有所增加但有限值，GFRP应变滞后程度随轴压比的增大而严重。并给出GFRP条带等间距包裹RC方柱的承载力计算公式。