轶纶聚酰亚胺纤维的耐化学性能研究

为了了解轶纶聚酰亚胺纤维耐化学腐蚀性能,测试经不同浓度、不同温度化学试剂处理后的纤维的拉伸断裂性能及处理前后纤维表面形态和化学结构的变化情况。结果表明:轶纶纤维可溶解于浓度为98%的浓硫酸,但轶纶纤维对低浓度的硫酸的耐受性较好,即使温度达到100℃,强度仍可保持原强度的65%以上;轶纶纤维经热的浓盐酸处理后,仍能保持原强度的40%以上,断裂强度损失率随盐酸浓度的增加而增大;轶纶纤维对低浓度碱溶液的耐受性较好,在高浓度的碱溶液中强度损失严重;轶纶纤维在低温条件下受强氧化剂的影响较小,在高温条件下纤维强度损失率增加;经化学试剂处理后的纤维表面出现刻蚀现象,但不同处理条件下纤维表面被刻蚀程度;通过对处理前后轶纶纤维的红外光谱分析发现,纤维各特征峰的位置基本无变化,但强度有所减弱。     

玄武岩纤维混凝土在冻融环境下的力学性能研究

为了研究玄武岩纤维混凝土在西北寒冷地区盐冻作用下,性能是否满足工程要求,对此,该文对玄武岩纤维混凝土在冻融循环作用下的力学性能进行研究,研究结果表明以下3点：1）在75次冻融循环前,素混凝土和纤维掺入量分别为0.04%、0.08%和0.12%玄武岩纤维混凝土的质量损失率均增长缓慢,在75次冻融循环后,其质量损失率快速增大。2）在50次冻融循环前,素混凝土和不同掺量玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量变化较小,在50次冻融循环后,其相对动弹性模量快速变小。3）在相同冻融次数条件下,素混凝土质量损失率最大,而相对动弹性模量最小,纤维掺入量为0.12%玄武岩纤维混凝土质量损失率最小,而相对动弹性模量最大。以上研究可供类似混凝土工程参考。     

表面处理玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能

为提高玄武岩纤维(BF)与水泥基体的界面结合力和桥接作用,分别采用HCl溶液(0~2.0mol/L)和NaOH溶液(0~2.0mol/L)对BF表面进行刻蚀糙化处理,研究纤维表面处理对BF增强水泥基复合材料的力学性能影响规律。结果表明:随着HCl溶液浓度增加,BF/水泥复合材料抗折强度与弯曲强度均先增加后降低,挠度呈现缓慢增加趋势,而抗压强度变化幅度较小;当HCl溶液浓度为1mol/L时,BF/水泥复合材料的强度与韧性最佳;碱处理BF后,BF/水泥复合材料的力学性能随NaOH浓度增加而显著降低,且复合材料韧性无明显改善;BF经HCl溶液腐蚀后的质量保留率变化规律与NaOH溶液腐蚀后的变化规律接近,而经HCl溶液腐蚀后BF强度保留率大于NaOH溶液腐蚀后的BF强度保留率。     

短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验与分析

为了研究短切玄武岩纤维掺量变化对混凝土基本力学性能的影响,对6种不同体积掺量的短切玄武岩纤维混凝土(BFRC)分别进行立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折试验;基于试验结果,通过BP(Back Propagation)神经网路强度预测模型的构建,对附加纤维掺量的混凝土进行强度训练及预测。试验实测数据表明:掺入短切玄武岩纤维对混凝土早期抗压强度的发展有着延缓作用;当纤维掺量为0.1%时,抗压强度达到峰值。随着纤维掺量的增加,劈拉强度增幅较大,抗折强度保持上升趋势。通过BP神经网络的训练及发展趋势预测,结果表明:当纤维体积掺量为0.1%时,抗压强度达到最大值;劈拉强度与抗折强度则随着纤维掺量的增加而持续增大。基于试验数据及预测结果,得出短切玄武岩纤维的最佳体积掺量。     

硫酸盐侵蚀玄武岩纤维轻骨料混凝土力学性能研究

为增强轻骨料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,对不同掺量的玄武岩纤维轻骨料混凝土(BF-LAC)进行不同龄期的硫酸盐侵蚀试验,研究BF-LAC在硫酸盐侵蚀环境下的力学性能和劣化程度.采用浓度为5％的硫酸盐溶液侵蚀玄武岩纤维掺量为0％、0.1％、0.2％、0.3％的BF-LAC并每隔60 d测试抗压强度、劈裂抗拉强度、有效孔隙率和...     

酸/碱腐蚀对玄武岩纤维纱线特性的影响

采用2.0mol/L的HCl及NaOH溶液为腐蚀介质,在60℃条件下处理玄武岩纤维纱线,研究玄武岩纤维纱线的耐酸/碱腐蚀性能及其腐蚀机理。结果表明,经酸与碱处理后纤维纱线的断裂强度总体上均呈下降趋势,只是下降的规律有所不同。酸与碱处理的纱线表面腐蚀程度不同,且表面的各元素含量也有不同幅度的降低,促使表面处理剂的相对含量增大。另外,碱腐蚀后结构中还产生了羟基(-OH)官能团,因此玄武岩纤维纱线的耐酸性能强于耐碱性能。     

偶联剂改性玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能

为改善玄武岩纤维(BF)与水泥基材料的界面结合作用,分别采用质量分数为0.4%、0.8%和1.2%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(CG550)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(CG570)和乙烯基三乙氧基硅烷(Z6518)的三种硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面处理,研究改性后纤维及其增强混凝土的力学性能影响规律。实验结果表明,随着CG550溶液浓度增加,改性玄武岩纤维及其水泥基复合材料力学性能整体呈上升趋势,当CG550溶液浓度为1.2%时,纤维及其增强水泥基材料有最佳的力学性能;随着CG570溶液浓度增加,改性后玄武岩纤维的断裂强度先升高后降低,断裂伸长率基本不变,纤维断裂强度最高提升5.8%,其水泥基复合材料的力学性能随溶液浓度增加呈上升趋势,抗折强度最高提升24.4%,抗压强度最高提升7.3%;随着Z6518溶液浓度上升,改性后玄武岩纤维的断裂强度逐渐降低,但断裂伸长率逐渐增高,表现出较好的延性;其水泥基复合材料力学性能随浓度变化无明显改善。综合考虑实验结果,三种硅烷偶联剂对纤维的改性效果好坏依次为CG570、CG550、Z6518。     

聚乙烯醇纤维对碱矿渣泡沫混凝土性能的影响

以水玻璃为激发剂,制备干密度为350kg/m~3的碱矿渣泡沫混凝土,为提高碱矿渣泡沫混凝土的韧性,降低干燥收缩,本工作研究了聚乙烯醇(PVA)纤维对碱矿渣泡沫混凝土干密度、强度、折压比、吸水率和干燥收缩性能的影响。结果表明:PVA纤维对碱矿渣泡沫混凝土干密度无明显影响;PVA纤维掺量为0.6~1.2kg/m~3时,碱矿渣泡沫混凝土的抗折强度和折压比明显增加,韧性得到明显改善;碱矿渣泡沫混凝土吸水率也低于未掺纤维的泡沫混凝土;PVA纤维掺量大于0.6kg/m~3时,碱矿渣泡沫混凝土的干燥收缩显著降低;综合碱矿渣泡沫混凝土性能及经济性等因素,碱矿渣泡沫混凝土中PVA纤维最优掺量为0.6kg/m~3。     

纤维早强混凝土不同龄期的动态力学性能

早强混凝土在抢修、抢建及特殊工况中应用较广,其早期动态力学性能对其正常使用、安全评估等具有重要意义。制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%和0.3%的玄武岩纤维早强混凝土,利用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对其1d、7d和28d的动力学性能展开研究。结果表明:玄武岩纤维早强混凝土动态力学性能具有显著的应变率强化效应,动态压缩强度和比能量吸收均随着应变的升高而显著增强;随着龄期的增加,早强混凝土的动态抗压强度和比能量吸收均增大,且均表现出前期增长迅速,后期增长缓慢的规律,在对比欧洲混凝土协会(CEB)等给出的应变率增长因子(DIF)计算公式后,提出了基于龄期增长的DIF计算模型;掺入玄武岩纤维对早强混凝土不同龄期的动态抗压强度和吸能性能均有不同程度的提升,纤维掺量越大,性能改善越明显。     

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆 (SHPB) 试验装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能 , 并对试验的有效性进行了分析。结果表明: 玄武岩纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数近似呈线性关系 , 强度与变形能力随平均应变率的提高而线性增加 , 体现了很强的应变率相关性 ; 纤维体积掺量为 0. 1 %的玄武岩纤维混凝土较素混凝土的动态抗压强度提高了 26 % , 变形能力提高了 14 %; 纤维体积掺量分别为 0. 2 %、 0. 3 %的玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度比素混凝土高出 25 %左右 , 而变形能力较素混凝土无明显优势 ; 在玄武岩纤维混凝土的 SHPB试验中 , 试件破坏时刻为 123. 3～239.μ45 s , 近似恒应变率加载时间比例约为 62 % , 且应变率曲线的波动范围控制在 23 %左右 , 能够较好地满足应力均匀分布及恒应变率加载要求 , 表明 SHPB试验结果可靠。      

钢纤维对玄武岩纤维编织网增强混凝土板双向弯曲性能的影响

为了研究钢纤维对玄武岩纤维网格布增强混凝土方板双向受弯性能的影响,借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,分别对素混凝土方板、玄武岩纤维网格布增强混凝土方板、钢纤维增强混凝土方板及钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂增强混凝土方板的弯曲性能进行研究,同时与传统钢筋网混凝土方板的弯曲性能进行对比,分析了网格布对混凝土方板的双向增强效果,探讨了钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用代替传统钢筋网的可行性。结果表明:玄武岩纤维网格布可以改善方板的内力重分布,显著提高其承载力,但是破坏时脆性特征明显;钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用表现出显著的正混杂效应,方板的韧性明显提高;在正常使用极限状态下,30 kg/m3的钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂方板的弯曲性能高于传统钢筋网混凝土方板,说明钢纤维与玄武岩纤维编织网混杂使用可以代替传统钢筋网。      

纤维/高强混凝土抗冻性能试验

通过纤维/高强混凝土快速冻融循环试验,从试件外观损伤形态、相对动弹性模量、抗冻等级、抗冻耐久性指数角度,研究了不同纤维体积分数的玄武岩纤维、纤维素纤维和不同纤维长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能的影响。结果表明,加入玄武岩或纤维素纤维可改善C60高强混凝土的外观剥落损伤程度。C60高强混凝土的抗冻性均随玄武岩纤维（长度为18 mm）和纤维素纤维体积分数的增大而提高,在体积分数0.10vol%~0.20vol%内,前者的提高程度远大于后者,玄武岩纤维/高强混凝土能在更严酷的寒冷环境中满足更久的使用时间。玄武岩纤维长度的改变对C60高强混凝土的抗冻性影响较大,相对于18 mm长度,6 mm和30 mm长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能改善作用很有限。      

Basalt fiber reinforced natural hydraulic lime mortars: A potential bio-based material for restoration

Physico-mechanical properties and the microstructure of basalt fiber reinforced hydraulic lime-based mortars were investigated. Three different mortars were characterized, one based on natural hydraulic lime and a siliceous aggregate and two dry premix of natural hydraulic lime, selected inert aggregates and selected crushed bricks and tiles. The effect of three different types of basalt fibers at two contents on mechanical and water absorption through capillarity was investigated. Fiber reinforced mortars showed a marked improve in post-cracking behavior and compressive strength which was found to depend strongly on the type of matrix and basalt fiber. Reinforced mortars exhibited a lower capillary water absorption coefficient than the reference mortars regardless of type of matrix and basalt fiber. Despite the promising results, the study highlighted the need to optimize both the surface treatment of basalt fibers and their content in the mortars with a view to defining a suitable material for masonry restoration.     

玄武岩纤维和玻璃纤维的耐碱性及其网格布对混凝土双向板弯曲性能的影响

为了研究玄武岩纤维网格布和玻璃纤维网格布的耐碱腐蚀性及其对混凝土方板双向受弯性能的影响,进行了玄武岩纤维和高锆玻璃纤维的耐碱试验和其网格布增强混凝土双向板的弯曲性能试验。借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,对比分析了不同纤维网格布对混凝土方板的双向增强效应。结果表明,与玄武岩纤维相比,高锆玻璃纤维的耐碱腐蚀性更好。纤维网格布较高的双向受拉性能可改善混凝土双向板的内力和应力重分布能力,玄武岩纤维网格布和高锆玻璃纤维网格布使水泥双向板的受弯承载力分别提高了48%和59%,高锆玻璃纤维的双向增强作用优于玄武岩纤维。      

钢纤维超高强混凝土动态力学性能

采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维体积率的钢纤维超高强混凝土进行不同应变率的冲击压缩试验,结果表明钢纤维超高强混凝土是应变率敏感材料,并测出其应变率敏感阀值,当应变率超过阀值后,钢纤维超高强混凝土的强度、韧度与弹性模量都随纤维体积率的增加而显著提高,在高应变率下,超高强混凝土基体成粉碎性破坏,而钢纤维超高强混凝土呈现出“裂而不散”的破坏形态。     

不同损伤源对玄武岩纤维增强混凝土孔隙结构变化特征的影响

为了研究玄武岩纤维增强混凝土在高温和力学两种损伤源下的孔隙结构变化特征，采用核磁共振(NMR)和扫描电镜(SEM)技术，观察试件T₂谱分布、孔径分布、孔洞和裂隙发育情况。结果表明，高温作用后基准混凝土、短玄武岩纤维增强混凝土、长玄武岩纤维增强混凝土均呈微孔数量不断减小、介孔数量不断增加的趋势。通过对比发现，长玄武岩纤维增强混凝土T₂谱主峰孔隙数量最多，孔径分布最大。以长玄武岩纤维增强混凝土为例，研究在高温和力学两种损伤源下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙结构变化特征。发现弛豫时间在0.1~10 ms内高温损伤下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙数量大于力学损伤下的孔隙数量，且随着温度升高，T₂谱主峰向右偏移，随着荷载增加，T₂谱主峰几乎不发生变化，表明温度升高更能加剧损伤，每级温度作用下新生孔径不断增大。T₂谱主峰幅值和孔径分布随温度升高不断增大，随荷载增加出现先减小后增大的现象，表明高温作用对混凝土直接构成损伤，而力学作用使混凝土先密实再产生损伤，SEM观察得到了相同的结论。      

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的高应变率力学行为

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的高应变率力学行为,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明：地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性;BFRGC的强度特性相对于地质聚合物混凝土(GC)无明显改善,而变形及能量吸收能力较 GC有明显提高。     

Analysis of the strain-rate behavior of a basalt fiber reinforced natural hydraulic mortar

Fiber reinforced inorganic materials, such as concrete or mortars are expected to present good mechanical properties under high dynamic loading conditions, such as those induced by earthquakes. Furthermore, basalt fibers, which are being increasingly investigated in structural applications, are also expected to present good performance under high strain-rate conditions.This paper presents the results of a dynamic characterization of a basalt fiber reinforced natural hydraulic mortar, in order to verify its capability to withstand high dynamic loading conditions. In particular, the reinforced mortar was morphologically characterized by SEM and mercury intrusion porosimetry; then, quasi-static flexural and tensile tests were conducted. Finally, dynamic tensile failure tests were carried out at medium and high strain-rates, using a Hydropneumatic machine and a Modified Hopkinson bar apparatus, respectively. The results were elaborated to derive Dynamic Increase Factors for the tensile strength.The fiber addition leads to a bridge action effect, and consequently to a more ductile behavior and higher toughness of the fiber reinforced mortar compared to a plain mortar. In addition, the fiber reinforced mortar appears to be highly strain-rate sensitive, as the tensile strength DIF increased up to 5.1, for a high strain-rate of about 10² s⁻¹.     

An experimental study on the residual mechanical properties of fiber reinforced concrete with high temperature and load

The effects of high temperature and fiber content on the residual mechanical properties of concrete have experimentally investigated. In this paper, residual mechanical properties of high-strength and normal strength concretes made with different water to cement (w/c; 0.55, 0.42 and 0.32) ratios exposed to high temperature were compared with those obtained in fiber reinforced concretes with similar characteristics ranging from 0.05 to 0.20 % polypropylene (PP) fibers by volume of concrete. Also, variables including pre-load level of 20 and 40 % of the maximum load at room temperature were considered. Concrete specimens prepared with the variables were tested for outbreak time, thermal strain, length change, weight loss, compressive strength, modulus of elasticity and energy absorption capacity. It is seen that the cross-sectional area of PP fiber can influence the residual mechanical properties and the spalling tendency of concrete of fiber reinforced concrete exposed to high temperature from the results. Especially, the external loading influenced to increase not only the residual mechanical properties of concrete but also the risk of spalling and the brittle failure tendency.     

Strengthening of basalt fibers with nano-SiO2–epoxy composite coating

Coatings, which were made from pure epoxy and SiO₂ nanoparticle modified epoxy composite, respectively, were applied onto the basalt fiber rovings. The SiO₂ nanoparticles were synthesized using a sol–gel method and modified using coupling agent. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) analyses indicated the formation of modified SiO₂ nanoparticles. The SiO₂ nanoparticle–epoxy composite coating gave rise to a significant increase in the tensile strength of the basalt fibers as compared with the pure epoxy coating, and also the coating endowed the basalt fiber with a promising interfacial property in the basalt fiber reinforced resin matrix composite. The coating modification was an effective way in improving the mechanical properties of basalt fibers and the properties of basalt fiber/epoxy resin composites.