粉煤灰掺量对PVA-ECC性能的影响

采用粉煤灰替代部分水泥(40%、50%、60%和70%(质量分数))进行聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的力学性能、韧性、抗渗性能研究;建立了PVA-ECC抗压强度与其极限拉伸强度、弯曲荷载、弯曲韧性指数、挠度及抗渗性能之间的相关性;同时还进行了PVA-ECC渗水高度的统计数据概率分布分析。结果表明,随粉煤灰含量增加,强度逐渐下降,极限拉伸应变逐渐增大,韧性指数、能量吸收能力及跨中挠度逐渐增大,各组别抗渗性能相对于粉煤灰40%含量组别均有所提升。建立抗压强度与其余指标之间相关性,得到一套完整的强度、韧性、抗渗性的相关性理论体系。对PVA-ECC的渗水高度的频率分布直方图采用正态分布进行统计分析,得到渗水高度概率分布,同时计算出平均渗水高度95％置信区间。     

粉煤灰掺量对PVA纤维水泥基复合材料力学性能影响研究

通过对8组PVA-ECC试件进行抗压强度和抗折强度试验、四点弯曲试验以及直接拉伸试验,探讨粉煤灰掺量对PVA纤维水泥基复合材料力学性能的影响.结果表明:抗压强度与抗折强度均随粉煤灰掺量的增加而降低,四点弯曲试验中试件挠度可达26.5 mm,直接拉伸试验中试件最大极限拉应变为1.6％,是传统混凝土材料的100多倍.     

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。     

超高韧性水泥基复合材料弯曲韧性研究

为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的弯曲韧性,开展了薄板试件四点弯曲加载试验,结合对试件弯拉荷载和跨中挠度的分析,探究了纤维体积掺量、粉煤灰掺量、水胶比三因素对UHTCC弯曲韧性的影响规律,分析了韧性指数IU与极限跨中挠度的变化规律.结果 表明,纤维掺量越大,材料弯曲韧性越好;粉煤灰掺量在F/C为1.2时各阶段韧性指数最大,表明粉煤灰掺量对UHTCC弯曲韧性的影响存在一个最佳值;水胶比为0.24、0.28时韧性指数未达到I50,且水胶比为0.26时峰值荷载对应的韧性指数IU最大,表明过大或过小水胶比都会降低UHTCC持续耗能的能力;在不同因素影响下,峰值荷载所对应的韧性指数IU与极限跨中挠度具有良好的相关性,且峰值荷载处于应变硬化阶段末期,几乎包括荷载-挠度曲线的全部,使用IU能够较好地反映UHTCC的能量吸收能力.     

聚丙烯/碳酸钙复合材料改性研究

进行了碳酸钙对聚丙烯(PP)的填充改性研究,结果表明:随1%(质量分数)钛酸酯偶联剂表面处理的碳酸钙用量增加,PP/碳酸钙复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等逐渐增加,碳酸钙质量分数为20%时,得到了综合性能较好的PP/碳酸钙复合材料;随聚烯烃弹性体(POE)用量增加,PP/碳酸钙/POE复合材料的冲击强度逐渐增加,而拉伸强度、弯曲模量均逐渐降低,5份POE使复合材料达到较好的刚性和韧性的平衡;1份表面光亮剂能使PP/碳酸钙复合材料达到较好的表面光亮度.     

高掺量粉煤灰PVA-ECC的力学性能研究及粉煤灰作用机理分析

主要研究了高掺量粉煤灰对PVA-ECC力学性能的影响,对粉煤灰掺量分别为40%、50%、60%情况下PVA-ECC的抗压强度、薄板四点弯曲性能等进行试验研究,并分析了粉煤灰在ECC中的作用机理.结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,ECC的抗压强度呈降低趋势,四点弯曲试验中ECC试件的初裂荷载和峰值荷载降低,跨中挠度增加,且裂缝宽度减小;高掺量粉煤灰下,纤维长度对ECC抗压强度和延性有较大的影响,掺12 mm纤维的PVA-ECC在保证强度的同时,可获得较高的延性和韧性.     

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.     

无表面修饰PVA纤维增强高韧应变硬化水泥基复合材料的性能研究

制备高韧应变硬化水泥基复合材料(SHCC)通常用经表面涂油处理的聚乙烯醇(PVA)纤维.本文通过利用无表面修饰的PVA纤维及高掺粉煤灰,制得高韧SHCC.通过控制粉煤灰掺量,利用减水剂调节水胶比,实现对基体强度的控制,得到有利于制备SHCC的基体.弯曲和直接拉伸试验结果表明,由无表面修饰PVA纤维增强的水泥基复合材料呈现多缝开裂和应变硬化特征,具有优良韧度和延展性.纤维增韧作用主要体现在挠度硬化阶段,但对于强度较低的SHCC而言,挠度软化阶段中也呈现较明显的纤维增韧作用.高掺粉煤灰时,无表面修饰PVA纤维增强的SHCC所呈现出的直接拉伸极限应变达3％以上,与经表面涂油PVA纤维增强的SHCC相当.     

PP/有机硅树脂阻燃体系的性能研究

采用有机硅树脂阻燃剂阻燃改性聚丙烯(PP),研究有机硅阻燃剂用量对PP共混体系的阻燃性能及其力学性能的影响。结果显示:随着有机硅树脂阻燃剂用量的增加,PP共混物的极限氧指数逐渐增大,共混体系的拉伸强度和弯曲强度有一定程度的降低,而断裂伸长率和冲击强度则下降幅度较大。当加入20%的有机硅树脂阻燃剂时,其极限氧指数由纯PP的17.8%增加到25.5%,当有机硅树脂阻燃剂的质量分数20%,PP的拉伸强度和弯曲强度分别降低了18.48%、12.47%,而断裂伸长率和冲击强度分别降低了57.72%、68.90%。     

石墨烯涂覆玻纤增强PA66复合材料

用化学方法将石墨烯用硅烷偶联剂A1100进行了改性,然后将改性后的石墨烯涂覆在玻纤表面,最后将涂覆了石墨烯的玻纤用于改性PA66,研究了在不同的涂覆质量分数下,涂覆于玻纤表面的石墨烯的形态和石墨烯对玻纤/PA66复合材料弯曲强度及界面结合的影响。结果表明,当涂覆质量分数在0.1%~0.3%时,石墨烯能以舒展的片层状形态涂覆于玻纤表面,并且玻纤/PA66复合材料的弯曲强度也得到大幅地增加,对界面有增强效果;而当质量分数大于0.5%时,涂覆于玻纤表面的石墨烯发生卷曲或聚集出现严重的团聚现象,降低了玻纤/PA66复合材料的弯曲强度,对界面增强效果不明显。     

高延性混凝土弯曲性能的尺寸效应

为了研究高延性混凝土尺寸变化对其弯曲性能的影响,测试了不同尺寸高延性混凝土试件的弯曲强度和弯曲韧性,采用统计学理论对试验结果进行了分析.结果表明:聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度及等效弯曲韧性指数都存在显著的尺寸效应,在相同龄期时,等效弯曲韧性指数的尺寸效应更为显著;随着养护龄期的增加,聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度和等效弯曲韧性指数的尺寸效应度增大.Ryan-Joiner正态性检验表明,聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度及等效弯曲韧性指数均服从正态分布,且随试件尺寸的增大,两者的变异系数均增大,说明聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度及等效弯曲韧性指数的尺寸效应符合Weibull尺寸效应统计理论的规律.     

不同应变率下聚甲醛纤维机场道面混凝土弯曲性能研究

机场道面混凝土结构在不同性质荷载作用下的力学行为受应变率的影响较大。为研究应变率对聚甲醛纤维机场道面混凝土(PFAPC)弯曲性能的影响,通过四点弯曲试验,分析不同应变率(10^-5～10^-1 s^-1)下PFAPC抗弯挠度、弯曲模量、弯曲强度及韧性指数的变化规律,并观察断口纤维的微观形貌,总结不同应变率下的纤维失效模式。结果表明：PFAPC的弯曲峰值强度、极限抗弯挠度及弯曲模量随应变率的增加呈上升趋势;与峰值强度相比,应变率对PFAPC残余强度影响较小,但随应变率增大总体呈上升趋势;与极限抗弯挠度相比,峰值挠度随应变率的增加波动上升;聚甲醛纤维在各应变率作用下主要为拔出破坏模式;PFAPC在车辆及飞机冲击作用下能吸收较大能量,呈现出一定的延性破坏特征,具有良好的弯曲韧性。     

混杂纤维增强超高性能透水混凝土的弯曲性能研究

超高性能透水混凝土(UHPPC)是海绵城市建设过程中不可或缺的重载道路铺装材料,但韧性不足是UHPPC重载铺装易于开裂的主要原因。本文通过引入碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维和聚乙烯(PE)纤维,制备了新型混杂纤维增强UHPPC材料,研究了其抗压强度、透水能力和弯曲性能。研究发现,添加PVA纤维或PE纤维均能够提高UHPPC的抗压强度、抗弯强度和极限挠度,且PVA纤维的提升效果优于PE纤维。与单掺PVA纤维或PE纤维相比,混杂使用碳酸钙晶须则进一步地提高了UHPPC的抗压强度、抗弯强度和极限挠度,与PE纤维与碳酸钙晶须混杂相比,PVA纤维混杂碳酸钙晶须对UHPPC抗压强度、抗弯强度、极限挠度和裂缝开展模式的改善效果最佳。但是,添加PVA纤维或PE纤维均降低了UHPPC的透水系数,而引入碳酸钙晶须则进一步加剧了透水系数的降低效果,尤其是混杂使用PVA纤维和碳酸钙晶须,UHPPC透水系数的下降最为明显,但依然达到了1.05 mm/s,满足工程使用要求。     

硫酸盐腐蚀对混杂纤维混凝土弯曲韧性的影响研究

为了研究混杂纤维混凝土经硫酸盐腐蚀后的弯曲性能,首先对不同掺量的聚乙烯纤维(PE)与聚丙烯粗合成纤维(HPP)混凝土进行了硫酸盐干湿循环腐蚀和长期浸泡腐蚀试验,然后以三分点弯曲试验为基础,结合美国ASTMC1018和奥地利ORS评价方法,对比分析了混杂纤维混凝土在硫酸盐腐蚀前后其弯曲韧性变化及最佳纤维掺量.结果表明,纤维的掺入使得混凝土的破坏类型发生了变化,破坏时的最大荷载和挠度均明显增大,混凝土I5、I10、I20、R5,10和R10,20显著提高,韧性水平也明显高于普通混凝土;在硫酸盐腐蚀作用后不同纤维掺量的混凝土其弯曲韧性均出现了不同程度的下降,其中干湿循环腐蚀条件下比长期浸泡腐蚀条件下的混凝土的弯曲韧性受损更为严重;聚乙烯纤维(PE)与聚丙烯粗合成纤维(HPP)掺量为0.8％～1.2％的混凝土在经受450d长期浸泡腐蚀作用后的I5、I10与R5,10值分别提高了32.2％、19.6％和6.8％,具有良好的耐硫酸盐腐蚀性能和弯曲韧性.     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明：钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%～33%,抗弯性能提升了4%～21%,延性提升了22%～89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

聚丙烯纤维混凝土-沥青混凝土复合切口梁弯曲韧性研究

对旧沥青路面进行铣刨处理后,加铺的白色罩面层多采用纤维混凝土,为了研究聚丙烯纤维和沥青层表面凿毛处理对复合切口梁弯曲韧性的影响,采用掺加聚丙烯纤维和对沥青层表面凿毛处理的高性能混凝土-沥青混凝土(AC-13)复合切口梁进行三分点加载试验,得到了荷载与挠度、裂缝张开距离之间的关系曲线,并对复合梁的抗折强度、能量吸收值、等效抗弯拉强度进行了计算.结果表明,聚丙烯纤维与凿毛处理均能提高复合切口梁的弯曲性能,聚丙烯纤维的掺加提高了复合梁的抗折强度,每当聚丙烯纤维掺量的增加0.45时,feq1、feq2大约增加0.035 MPa,混凝土的能量吸收值也增加8%左右;凿毛处理大幅度提升了等效弯拉强度,等效弯拉强度feq1、feq2分别提升了0.05 MPa、0.03 MPa,凿毛处理对feq1的提升效果比feq2更明显,使得复合梁的能量吸收值平均提升了20%.     

超高性能轻质混凝土的弯曲性能研究

本文主要以漂珠作为轻集料,制备出密度在1700-1950kg/m~3的超高性能轻质混凝土(Ultra High Performance Light-weight Concrete,简称UHPLC),对其进行四点弯曲试验,并根据ASTM C1609标准研究其弯曲性能。研究表明:密度范围在1700~1950kg/m~3的UHPLC,其抗压强度在78.8~114.2MPa;2%体积率钢纤维掺量的UHPLC在开裂后有明显的挠度硬化行为,表现出优异的抗弯性能;根据ASTM C1609测试指标,随着密度的增加,UHPLC的初裂强度、0.5mm挠度下的残余强度、2mm挠度下的残余强度、峰值强度、弯曲韧性均增加;U1900抗压强度、抗弯强度比抗弯强度分别为114.2MPa、22.4MPa、11.7k Pa/kg·m-3,其抗弯性能可达国家标准《活性粉末混凝土》RPC160水平,比抗弯强度超过RPC最高等级RPC180。     

混合钢纤维活性粉末混凝土力学性能研究

采用两种不同尺寸的钢纤维混合掺入活性粉末混凝土中;通过轴压、劈裂和四点弯曲的力学性能试验,研究混合钢纤维活性粉末混凝土的抗压强度、抗拉强度及抗折强度,得到不同钢纤维组合比例对活性粉末混凝土力学性能的改善作用;采用ASTMC1018提出的韧性指数法来衡量混合钢纤维活性粉末混凝土弯曲韧性.结果表明:同体积纤维掺量下,混合钢纤维活性粉末混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及弯曲抗折强度均较单掺一种纤维有一定程度的提高;混合掺入钢纤维后活性粉末混凝土韧性改善效果显著,采用0.5％长纤维与1.5％短纤维组合可以达到最佳增韧效果.     

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料的弯曲行为

高韧性的PVA-HPFRCC具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低。本文采用工业废料(粉煤灰、硅灰等)替代部分水泥来制备高强度的PVA-HPFRCC,并研究粉煤灰、硅灰掺量以及PVA纤维体积掺量对高强度HPFRCC的弯曲行为的影响。研究结果表明:大掺量粉煤灰替代水泥可有效改善HPFRCC的应变-硬化特性,当粉煤灰掺量达到胶凝材料重量的60%时,其应变-硬化特性发挥的最为明显;增加PVA纤维体积掺量可提高HPFRCC的抗弯承载力和达到极限荷载时的变形能力,硅灰则降低了HPFRCC的韧性。