超高性能混凝土纤维—基体黏结性能测试与机理分析

为研究超高性能混凝土纤维-基体黏结性能,通过单根纤维拉拔试验得到纤维拔出应力-位移曲线,并研究界面参数对纤维黏结性能的影响;通过扫描电镜观察、比较拔出纤维表面和端部形貌,发现钢纤维被拔出后,端部和表面黏结大量"球状"碎屑,且表面有"切削"痕迹,当钢纤维体积掺量为2%、埋入深度为3mm时,拔出纤维表面附着的碎屑密度最大,纤维-基体黏结强度最佳;结合混凝土拉伸本构模型,计算理论拉伸强度σ_(c1),并通过配制相应的混凝土,利用单轴拉伸试验测得试验拉伸强度σ_(c2),比较发现,其误差范围为5%±2%。     

磷酸锌改性钢纤维对UHPC单轴拉伸性能的影响

系统研究了不同质量掺量下,磷酸锌(Zn Ph)改性及未改性钢纤维对超高性能混凝土(UHPC)单轴拉伸性能的影响,并采用单根纤维拔出试验、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分别对纤维桥联作用、纤维/基体界面及纤维表观的形貌和元素进行分析。结果表明:钢纤维掺量相同时,与未改性钢纤维UHPC相比,Zn Ph改性钢纤维UHPC的极限抗拉强度和轴拉韧性比均增大,以掺量为160 kg/m3时最优,此时二者分别为9.00 MPa和0.85;单根Zn Ph改性钢纤维拔出行为的最大力、界面剪切强度和拔出耗能相较单根未改性钢纤维的分别提高了45.47%、45.23%、49.37%;Zn Ph改性钢纤维与UHPC基体间更加致密的界面性能、纤维表面更多的水化产物黏附和"沟壑"为单根Zn Ph改性钢纤维拔出性能的增强及其UHPC单轴拉伸韧性的提升奠定了基础。     

哑铃形钢纤维增强超高性能混凝土力学模型研究

为研究异形钢纤维对混凝土的增强增韧作用机理,依据Victor Li提出的裂纹面纤维桥联应力公式,考虑钢纤维在基体中的埋置深度、埋置角度以及纤维与基体界面相互作用,提出了单根纤维拔出模型,通过异形钢纤维混凝土梁正截面平衡关系建立了裂纹面纤维桥联应力与截面力的关系。对哑铃形钢纤维在1%、2%、3%三种体积掺量下混凝土梁的弯曲试验数据进行拟合,得到钢纤维混凝土受拉本构关系,应用到截面非线性分析程序后得到的弯矩—曲率关系与试验结果吻和良好。     

纤维混杂对超高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

采用最紧密堆积理论对UHPFRC进行配合比设计,并通过应用Excel Solver Tool进行编程求解,实现了UHPFRCC符合体系的理论设计,利用石灰石粉改善流动性的作用得到最终配合比。基于基准配合比,研究了钢纤维与合成纤维混杂对UHPFRCC的力学性能的影响。试验结果表明:基于Dinger-Funk模型可实现自密实UHPFRCC的配合比设计;混杂纤维可增强UHPFRCC的抗压强度,但抗折强度有所降低;相比于单掺2%钢纤维的UHPFRCC,合成纤维的取代掺入均降低了UHPFRCC的抗压强度和抗折强度。     

钢纤维与高强砂浆基体粘结性能试验研究

对17组85个钢纤维与水泥砂浆粘结试件进行了拔出试验，分别研究了不同类型和强度的钢纤维与不同强度等级砂浆基体的粘结强度、粘结破坏时纤维的破坏形态与基体及纤维自身强度和形状的关系，同时比较了钢纤维形状和砂浆基体强度对粘结滑移曲线特征和粘结破坏能的影响。     

异形钢纤维与混凝土粘结性能试验研究

自行设计了异形钢纤维与混凝土粘结强度试验方法.以混凝土基体强度、钢纤维形状和钢纤维埋角为参数,制作了24组试件,进行了钢纤维与混凝土基体的粘结试验.试验结果表明:混凝土基体强度、钢纤维形状以及钢纤维埋角是影响钢纤维与混凝土界面粘结强度以及异形钢纤维在拔出过程中所耗能量的主要因素;界面粘结强度随混凝土基体强度的提高而增大;B型(书钉型)钢纤维的粘结性能和拔出时所耗能量均优于J型(剪切平直型)钢纤维;界面粘结强度以及钢纤维拔出时的总耗能随钢纤维埋角的增大而降低.     

异型钢纤维与砂浆基体间的粘结性能

对异型钢纤维从砂浆基体中进行了拔出试验 ,测定了纤维拔出载荷 位移全曲线 ,得到了纤维与砂浆基体间的粘结强度 ,比较了不同形状纤维的粘结强度、拔出耗能和变形特性等。试验证明 :凸球型纤维的拔出荷载 位移全曲线出现了第 2个峰值载荷 ,表明纤维有良好的抗拔能力 ,拔出过程中消耗更多的能量 ;凸球型纤维的拔出荷载明显大于波纹型纤维和平直型纤维 ;纤维端部的凸头加大了纤维在拔出过程中与基体间的摩擦力及机械咬合力     

磷酸锌改性钢纤维与水泥基界面的黏接强度试验研究

钢纤维与水泥基体的界面黏接性能是保证钢纤维混凝土承载能力的关键,而钢纤维的腐蚀会影响界面强度。在钢纤维表面沉积一层磷酸锌保护膜,通过微观结构分析(SEM和EDX)、动电位极化腐蚀试验和纤维拔出试验对比分析钢纤维处理前后的变化,发现钢纤维表面的磷酸锌层不仅可以提高纤维与基体界面间的黏接强度,而且能够改善钢纤维的防腐性。     

弓形钢纤维自轻骨料混凝土基体拔出荷载影响分析

研究了单根弓形钢纤维自轻骨料混凝土基体拔出全过程;利用自制模具,通过试验得到不同埋深弓形钢纤维自轻骨料混凝土基体中拔出全过程的荷载-位移关系曲线;对弓形钢纤维进行分段分析,将弓形钢纤维分为平直段与弯钩段,对弯钩段在拔出过程中的受力特征,以及其在拔出时塑性变形与摩擦力之间的耦合机理进行研究,分析说明了弓形钢纤维最大拔出荷载成因与平直钢纤维的不同点;对试验数据进行分析,得到弓形钢纤维最大荷载-埋深关系曲线。     

钢纤维与混凝土基体粘结性能的试验研究

为研究异型外观的钢纤维与混凝土的粘结性能,设计开发了弓型、螺旋型、端勾型、束状钢纤维等系列异型钢纤维,再分别将平直型和异型的钢纤维埋入砂浆中,开展了粘结强度的对比试验,并进行了分析。试验研究结果表明:钢纤维截面形态的改变使其与混凝土基体的粘结强度的增长超过100%;两端锚固作用改进后的钢纤维对粘结强度的提高是平直型钢纤维的400%;经过两类改进工艺叠加实施的异型钢纤维,对比平直型钢纤维,其粘结强度的提升超过了700%。     

碳-钢纤维混杂水泥基复合材料的力学行为

研究了碳-钢纤维在水泥及复合材料断裂破坏过程中的作用机制。研究表明,碳纤维可显著提高基体初裂强度和断裂韧性,钢纤维则能明显改善基体初裂后的力学行为。碳-钢纤维混杂水泥基复合材料在初裂阶段和峰值荷载之后均具有较高的强度和断裂韧性。纤维混杂水泥基复合材料的力学行为反映了两种不同品种、不同尺度的纤维的增强、增韧机理。     

波纹型钢纤维-混杂纤维混凝土界面黏结性能

考虑钢-聚丙烯混杂纤维体积分数、波纹型钢纤维埋置深度和混凝土基体强度等因素,设计制作了21组混杂纤维混凝土拉拔试件,通过拉拔试验研究了波纹型钢纤维与混杂纤维混凝土基体的界面黏结性能.基于实测的钢纤维拉拔力-滑移曲线,分析了上述因素对波纹型钢纤维最大黏结力和拉拔功的影响规律,阐明了界面黏结机理.结果表明:当波纹型钢纤维体积分数为1.50%、聚丙烯纤维体积分数为0.05%时,界面黏结性能最佳;界面黏结力随着基体强度的提高而提高;增大钢纤维的埋置深度,界面黏结强度提高,但当埋置深度大于8mm时,界面黏结强度随着埋置深度的增加而减小.     

钢纤维对UHPC拉伸性能及其拔出行为的影响

采用单轴拉伸试验和单丝拉拔试验探究了钢纤维形状、长度与直径对超高性能混凝土(UH-PC)拉伸性能及钢纤维拔出行为的影响,并结合部分单丝拉拔试验样品的钢纤维表面形貌和钢纤维-基体界面的扫描电子显微镜(SEM)观察结果,对前述影响进行了合理解释.结果表明:掺有端钩型钢纤维的UHPC拉伸性能和钢纤维单丝拉拔性能普遍优于同直径...     

异形钢纤维对超高性能混凝土增强增韧的影响

以钢纤维掺量、类型和分布方式为变量,测试了掺异形钢纤维超高性能混凝土(UHPC)的直接拉伸性能和弯曲韧性,并采用显微镜对这种钢纤维的拔出通道和拔断截面进行了观测.结果表明:异形钢纤维对UHPC具有较好的增强增韧效果,相应试件的直接拉伸强度、断裂能及裂后承载力均大幅提高,且其掺量越大,提高幅度越显著;当异形钢纤维沿拉应力方向有序分布时,与随机分布相比,更有利于UHPC的增强增韧;相比于端钩型钢纤维,在相同掺量下,波纹型钢纤维的增强增韧效果更佳,其拔出通道更加曲折,还存在被拉直的现象,这主要是由于其与基体间存在更强的机械咬合力所致;此外,在拉拔过程中,2种异形钢纤维的断口邻近截面均出现了明显的颈缩.     

不同类型纤维增强水泥砂浆力学性能研究

为了对比聚丙烯纤维和钢纤维对水泥砂浆力学性能的影响规律,文章采用两种规格的聚丙烯纤维和钢纤维,按0.25%～1.50%体积掺量配制纤维增强水泥砂浆,分别进行抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度试验,并利用三维光学显微镜分析纤维对水泥砂浆的增强机理。结果表明：聚丙烯纤维和钢纤维对水泥砂浆抗压强度的提高都不明显;纤维掺量在1%以内时对水泥砂浆抗折强度提高不明显,当钢纤维掺量超过0.75%时能明显提高砂浆抗折强度,最大增幅18%;而聚丙烯纤维超过0.75%时,抗折强度反而下降;钢纤维掺量增加砂浆抗拉强度逐渐增加,最大增幅接近60%,而聚丙烯纤维对砂浆抗拉强度没有明显提高。钢纤维通过弯折和拔出,聚丙烯纤维主要通过拔出和变形断裂来提高水泥砂浆的抗折、抗拉强度。     

钢纤维形状对混凝土力学性能的影响

研究了钢纤维形状对C30、C40和C50三个强度等级混凝土抗压强度、抗折强度、劈拉强度和粘结强度的影响。结果表明:钢纤维形状对混凝土抗压强度影响不大,但对抗折强度、劈拉强度和抗拔出性能均有不同程度的影响,哑铃型钢纤维所配制混凝土的各项性能最优,平直形最差。     

塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋粘结强度正交试验

通过对塑钢纤维轻骨料混凝土试件的直接拔出试验,分析塑钢纤维掺量、轻骨料筒压强度及混凝土基体强度三种因素对试件粘结强度的影响,通过正交试验得出三种因素对试件极限粘结强度的影响程度。试验结果表明:塑钢纤维掺量、轻骨料强度及基体强度对试件极限粘结强度均有影响,其中轻骨料强度对极限粘结强度的影响最为显著,纤维掺量和基体强度对粘结性能的影响稍弱,且影响作用相近。     

基体强度等级和钢纤维外形对混凝土劈拉强度的影响

通过对3个基体强度等级、6种纤维外形、4种纤维掺量的钢纤维混凝土的劈拉性能进行系统研究,发现混凝土的劈拉强度均随基体强度等级增加而增大;哑铃、盾铃、端勾形钢纤维的增强效果较好,而平直形钢纤维的增强效果较小。同时建立起钢纤维混凝土劈拉性能的数学计算模型并确定了模型参数。     

高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究

通过试验得到了不同基体混凝土强度、钢纤维体积分散和钢纤维类型和高强钢纤维混凝土弯曲荷载－挠度曲线，据此研究分析了基体混凝土强度、钢纤维体积分数和钢纤维类型等对高强钢纤维混凝土弯曲韧性指数和弯曲承载力变化系数的影响规律。该成果可作为纤维混凝土结构技术规程相应设计条款的科研依据。     

钢纤维混凝土受压极限强度研究

根据试验结果,分析了钢纤维混凝土受压极限强度与钢纤维体积掺率、基体强度等级和纤维形状的关系。提出双因素、双参数计算模型,并通过对2 1 1组试验数据的回归分析,给出可以与《混凝土结构设计规范》相衔接、并适用于各等级基体强度的计算表达式。进一步分析了纤维形状对强度的影响,给出了表达式中纤维形状因子的简化取值建议。