高应变率下SFRC三轴劈拉强度实验研究

通过建立一种简单可行的混凝土多轴动态强度测试方法,对球型混凝土试样进行对比实验研究,应用该方法在试样承受对径荷载时可以近似为三轴压-拉-拉应力状态,通过直接测量对径荷载从而间接求出材料的劈拉强度。通过实验对比不同应变率下的球型试样劈拉强度可以得出劈拉强度随着应变率的增大而提高,对比不同钢纤维掺量下的球形试样劈拉强度可以得出一定范围内的钢纤维掺量能提高混凝土的劈拉强度,尤其在高应变率下的提高幅度更为明显。     

钢纤维对超高性能混凝土抗弯力学性能的影响

为研究长、短钢纤维对超高性能混凝土（UHPC）受弯力学性能的影响,设计并制作了13组标准养护条件下的UHPC试件,其中3组为掺单一型短钢纤维,其他组均为掺混杂型钢纤维,对其进行立方体抗压及四点抗折试验。结果表明：对于掺加单一型短钢纤维的钢纤维/UHPC,钢纤维体积掺量为5vol%时,抗折强度最大,为19.98 MPa,继续增加钢纤维掺量,抗折强度反而降低;掺混杂型钢纤维的UHPC比单一型的抗折强度高,并且当长、短钢纤维体积掺量分别为2vol%和1vol%时,抗折强度达到最大,为23.55 MPa;钢纤维/UHPC的抗弯力学性能主要受长纤维的影响,短纤维影响较小;长纤维掺量对钢纤维/UHPC的抗折强度、延性以及抗弯韧性有一定影响,但是主要取决于长、短纤维的搭配,长、短纤维体积掺量最优搭配为2vol%和1vol%。     

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。     

超高性能混凝土装配整体式框架梁柱节点抗震性能研究

超高性能混凝土(ultra-high performance concretre,UHPC)是一种新型材料,具有抗拉、抗压强度高、开裂后应变硬化等特点,在装配式结构领域具有较为广阔的应用前景。为了明确UHPC在单轴循环荷载下的受力性能并提出适合的本构关系,通过大量的试验建立循环荷载下UHPC的本构模型,设计具有不同钢纤维掺量的棱柱体和狗骨直拉试件,开展不同加载制度的单轴压缩试验,分析试验结果以明确钢纤维掺量、养护方式和加载制度对UHPC单轴拉压力学性能的影响情况。试验结果表明,在受压方面,钢纤维体积含量为2%的UHPC峰值压应变明显高于钢纤维体积含量为1%和3%的UHPC峰值压应变。各UHPC试件的弹性模量明显大于普通混凝土的弹性模量。在受拉方面,UHPC呈现出一定的应变硬化现象,且达到峰值后拉应力下降较为缓慢,展现出一定的受拉延性。钢纤维体积含量和蒸养处理对UHPC试件的抗拉强度有明显的提高作用。最后,在试验数据的基础上,提出了UHPC受压和受拉的骨架曲线和滞回准则,并拟合了卸载(再加载)的计算公式,可用于有限元计算中UHPC的基本本构方程。

     

纳米SiO2-橡胶粉再生混凝土力学性能试验研究及数值模拟

以质量取代法研究纳米SiO2(取代水泥)和橡胶粉(取代河砂)对再生混凝土28 d抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,并通过MAT-LAB软件建立了二维随机骨料投放程序,采用ABAQUS软件对再生混凝土单轴受压力学性能进行了数值模拟分析.结果表明:单掺橡胶粉时,随着橡胶粉掺量增加,再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度呈先增大后减小的趋势;当橡胶粉掺量恒定时,再生混凝土抗压、劈裂抗拉和抗折强度随着纳米SiO2掺量增加而增大.与未掺SiO2组相比,纳米SiO2掺量为1.5％(质量分数,下同)的再生混凝土28 d抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别提高了13.3％、22.8％、21％.基准组(纳米SiO2和橡胶掺量为0)和试验组(1.5％纳米SiO2和5％橡胶)单轴受压试验模拟结果与真实试验结果的误差较小,表明数值模拟分析所得的计算值与试验值吻合良好.     

纤维增强水泥基复合材料的动力拉伸性能研究

采用分离式霍普金森杆对聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料(PRCC)、基体材料、不同相对掺量的钢纤维和PVA纤维混合增强水泥基复合材料(HFRCC)进行了四种不同应变率下的动态劈拉试验,通过对材料的劈拉强度、能量吸收和破坏形态等方面的对比分析,探讨了三种材料的动力拉伸性能,结果表明材料表现出应变率敏感性,随着应变率的提高,动态劈拉强度和能量吸收能力相应增加。HFRCC对基体材料的劈拉强度提高可达到34%,而PRCC材料提高约20%。PVA纤维对材料的耗能能力的影响比钢纤维具有更强的应变率敏感性。钢纤维掺量占总纤维掺量25%的HFRCC材料耗能能力比PRCC略低5%,而钢纤维掺量达到总纤维掺量的62.5%时,HFRCC材料的耗能能力比PRCC的耗能能力显著提高。HFRCC在动态劈拉强度和能量吸收能力方面更加均衡,具有更好抵抗冲击的能力。     

硅灰增强混杂纤维水泥基灌浆料与老混凝土粘结强度研究

通过四因素四水平正交试验进行硅灰增强混杂纤维水泥基灌浆料与老混凝土粘结强度的研究,选取硅灰掺量、钢纤维类型、钢纤维掺量和PVA纤维掺量作为研究因素,设定相应的水平。对粘结试块进行双面剪切试验和劈裂抗拉试验,运用极差分析上述因素和相应水平对粘结强度的影响。结果表明,当硅灰掺量为9%、长度35 mm端钩型钢纤维掺量为1.2%、PVA纤维掺量为0.5%时,粘结强度显著。基于正交试验结果,通过四组对比试验,研究了纤维对水泥基灌浆料与老混凝土粘结的界面剪切特性和劈拉破坏形态的影响。结果表明,当长度35 mm端钩型钢纤维与PVA纤维掺量分别为1.2%和0.5%混杂时,粘结试块的剪切变形性能和劈裂抗拉强度显著提高,表现出较强的粘结性能。     

多因素对再生混凝土力学性能及抗冻性的影响

为研究不同因素、不同水平对再生混凝土力学性能的作用。该文通过正交试验研究钢纤维掺量、再生粗骨料掺量和粉煤灰掺量对再生混凝土力学性能(抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度)的影响,确定各因素对再生混凝土力学性能的影响程度,并加以量化表征,并提出多因素共同作用下再生混凝土力学性能的多元非线性回归模型且进行验证。在此基础上,该文进一步研究再生混凝土的抗冻性。结果表明:再生混凝土的力学性能随钢纤维掺量的增加而提高;随粉煤灰掺量增加而降低;再生粗骨料掺量对再生混凝土的力学性能影响较小。钢纤维的掺入可提高再生粗骨料的掺量。再生混凝土力学性能的实测值与通过建立的回归模型得到的计算值的最大误差在6.5%以内。此外,钢纤维的掺入和减少再生粗骨料的掺量均可以提高再生混凝土的抗冻性。     

钢纤维形状与掺量对UHPC施工及力学特性的影响

选用四种平直及两种端钩钢纤维,研究钢纤维体积掺量、长径比、形状、同形及异形纤维混掺对超高性能混凝土(UHPC)施工及力学性能的影响.通过相关实验得到了UHPC扩展度、抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能及弯曲应力-挠度曲线;基于弯曲应力-挠度曲线及改进后的规范方法计算了UHPC的弯曲韧性指标;最后,开展了最佳纤维混掺比例的研究.结果表明:纤维掺量每增加0.5％,UHPC扩展度平均降幅为2.72％,抗压强度平均增幅为5.79％.抗折强度、弯曲韧性指数和能量吸收则先增后减(临界掺量为3.5％),断裂能呈上下波动(在3％时达最低值).随着纤维长径比的增大,UHPC扩展度降低,抗压强度、抗折强度、弯曲韧性指数、能量吸收值和断裂能基本呈递增趋势.相同长径比时,端钩形纤维UHPC扩展度、弯曲韧性指数优于平直形纤维,抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能低于平直形纤维.同形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于对应的单掺纤维,弯曲韧性、能量吸收、断裂能总体上优于单掺试件;异形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于单掺试件,抗折强度与单掺试件各有所长,弯曲韧性、能量吸收及断裂能绝大多数优于单掺纤维.UHPC抗折强度变异性高于其抗压强度.单掺和混掺纤维时,UHPC试件的抗压强度、抗折强度综合最优分别为173.53 MPa、44.9 MPa和160.9 MPa、55.72 MPa;纤维混掺最佳组合为18 mm平直形、16 mm端钩形,且两者混掺比例为1:1时,UHPC的综合力学性能较优.     

聚丙烯-钢纤维/混凝土柱大偏心受压承载力计算

对270个聚丙烯纤维掺量(体积分数)分别为0vol%、0.1vol%、0.2vol%、0.3vol%、0.4vol%、0.5vol%、钢纤维掺量(体积分数)分别为0vol%、0.5vol%、1vol%、1.5vol%、2vol%的聚丙烯-钢纤维/混凝土试块进行立方体抗压试验、轴心抗压试验和劈裂抗拉试验,基于复合材料力学理论,考虑纤维的取向系数、长度有效系数和界面黏结系数,对其建立强度预测模型并进行机制分析,同时选取掺量分别为0vol%、0.1vol%、0.3vol%的聚丙烯纤维、掺量分别为0vol%、1.5vol%的钢纤维制作6根聚丙烯-钢纤维/混凝土柱,对其进行大偏心受压试验,在强度预测模型的基础上进行承载力计算,提出聚丙烯-钢纤维/混凝土承载力计算方法。结果表明:钢纤维对聚丙烯-钢纤维/混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度均有提高;聚丙烯纤维可提高聚丙烯-钢纤维/混凝土的劈裂抗拉强度,但不能提高聚丙烯-钢纤维/混凝土的抗压强度;聚丙烯-钢混杂纤维加入混凝土柱可有效提高其极限承载力。      

再生细骨料和超细粉煤灰增强UHPC的力学性能研究

为研究超细粉煤灰和再生细骨料对超高性能混凝土（UHPC）性能的影响,通过工作性能、轴心抗压、轴心抗拉和电镜扫描试验研究了超细粉煤灰和再生细骨料对UHPC抗压强度、抗拉强度和微观结构的影响规律,并建立了基于超细粉煤灰和再生细骨料影响的UHPC强度预测模型。结果表明：增加超细粉煤灰掺量,UHPC扩展度增加流动性较好,掺量不超过10%可改善UHPC抗压强度,达到115.36 MPa,超过后抗压强度有所降低,抗拉强度呈现上升趋势;再生细骨料掺量增加UHPC工作性能变差,但抗压强度及抗拉强度逐渐升高;电镜扫描试验发现粉煤灰消耗Ca（OH）₂产生更多C-H-S凝胶使得结构内部更加密集。基于改进的可压缩堆积理论模型,建立了超细粉煤灰改性再生细骨料UHPC强度预测模型。     

钢纤维类型对超高性能混凝土高温爆裂性能的影响

为了探寻可以有效改善超高性能混凝土（Ultra-high-performance concrete,UHPC）抗火性能的钢纤维类型,本文试验测定了不同类型钢纤维（3种普通钢纤维和2种来自于废旧轮胎的再生钢纤维）增韧UHPC及空白组混凝土的从常温至800℃高温爆裂行为和断裂能。结果显示,未掺入任何钢纤维的空白组UHPC试件全都发生了严重高温爆裂,钢纤维可以显著减轻其高温爆裂但却不能避免爆裂的发生,而掺入端钩型普通工业钢纤维（长度为35 mm,直径为0.55 mm）的UHPC呈现出最优的抗高温爆裂性能,其次是掺入未附着橡胶颗粒（RSF）的再生钢纤维（RSFR）增韧UHPC。可见,钢纤维自身性能特征显著影响了钢纤维增韧UHPC的高温爆裂,相同掺量情况下混凝土单位体积内分布密度较大的钢纤维或者分布密度较小但可以显著增加混凝土断裂韧性（断裂能）的钢纤维比较适合应用于具有较高抗火要求的UHPC结构中。     

粗骨料与钢纤维对超高性能混凝土单轴拉伸性能的影响

为了提高含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)的单轴拉伸性能,采用单轴拉伸试验和图像分析技术分别研究了粗骨料掺量、颗粒粒径对含粗骨料UHPC单轴拉伸性能和钢纤维在UHPC体系中分散性能的影响规律。结果表明,随着粗骨料掺量及颗粒粒径的增大,钢纤维在UHPC体系中的分散系数和取向系数显著降低,含粗骨料UHPC的单轴拉伸初裂强度、裂后强度和耗能也随之减小。根据粗骨料颗粒最大粒径与钢纤维体积分数、直径间的匹配关系式(Dmax=3df/(Vf)0.5),采用纤维混杂可以充分发挥多尺度纤维与具有不同粒径分布的骨料间的分级匹配关系;粗骨料体积分数和颗粒最大粒径分别为10%和10mm时,采用平直钢纤维(直径0.12mm、长度10mm、体积掺量1.2%)和端钩钢纤维(直径0.35 mm、长度20mm、体积掺量1.8%)混杂实现了含粗骨料UHPC的单轴拉伸性能的提升,其裂后强度和耗能分别为8.69 MPa和11.10J。     

掺钢纤维的活性粉末混凝土(RPC)力学性能影响的研究

分析钢纤维对RPC抗压强度以及抗折强度的影响,通过试验研究不同种类的钢纤维在不同的掺量下对RPC的抗压强度以及抗折强度的影响,研究结果表明在其它条件不变的情况下,钢纤维的直径对于RPC的强度的影响的区别;钢纤维对RPC强度的影响当掺量大于一定值后有放缓的趋势。     

超高性能混凝土动态冲击拉伸性能研究

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)作为一种具有超高物理力学性能的新型建筑材料,能显著提高军事防护工程的抗爆炸冲击能力,对保障防护工程中人员的生命安全具有重要意义。为揭示爆炸冲击波在防护工程自由面引起的动态拉伸破坏行为,利用霍普金森压杆装置(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)对UHPC进行动态冲击拉伸试验,系统研究了粗集料种类、钢纤维掺量以及应变率对UHPC动态冲击拉伸性能的影响规律。结果表明:粗集料种类对UHPC的动态冲击拉伸强度有较显著的影响,相比于花岗岩和铁矿石,玄武岩粗集料对动态冲击拉伸性能的提高更为明显;UHPC的动态冲击拉伸强度会随着钢纤维掺量的增加而显著提高,但钢纤维掺量对UHPC动态拉伸强度的贡献存在4%的临界值;此外,UHPC表现出明显的应变率效应,当应变率为7~50s-1时,其效应最为显著。     

掺HCSA膨胀剂超高性能混凝土性能的研究

主要研究了HCSA型膨胀剂对UHPC工作性能、变形性能及力学性能的影响.试验结果表明,掺入此类膨胀剂使UHPC初凝时间变短,流动度降低;同时,选择合适掺量的膨胀剂后,UHPC的28 d自收缩明显减小,并且掺入钢纤维的UH PC的干燥收缩被明显抑制;再者,适当掺量膨胀剂的加入能略微增加UHPC的抗压强度和抗折强度,因此HCSA膨胀剂是一种较理想的用于UHPC补偿收缩的外加剂.     

聚乙烯纤维对超高性能混凝土性能的影响

高强高模量聚乙烯纤维(PE纤维)是一种被广泛研究应用的新型合成纤维增强材料。系统地研究了不同掺量、不同长径比的PE纤维对超高性能混凝土(UHPC)性能的影响。结果表明PE纤维能显著提高混凝土的抗折强度和抗压强度,在纤维体积掺量为2%的情况下,抗折强度为28MPa,抗压强度为157MPa,较素UHPC分别提高了47.3%和28.1%。PE纤维的掺入大大提高了混凝土的韧性,改变了混凝土脆性破坏的形态,表现为多缝开裂,荷载-挠度全曲线表现为位移硬化。     

钢纤维高性能轻骨料混凝土多轴强度和变形特性研究

为了研究钢纤维掺量和三轴应力比对高性能轻骨料混凝土破坏准则和本构关系的影响规律,进行了钢纤维全轻混凝土和钢纤维次轻混凝土多轴强度和变形特性的试验研究,考虑到试验机加载能力和新拌高性能轻骨料混凝土的工作性能,选取的钢纤维体积掺量为0、0.5%、1.0%和1.5%,试验加载路径有单轴拉、压,双轴等压和真三轴压。结果发现在单轴应力和低应力比条件下,钢纤维能够明显地发挥增强阻裂作用,随着钢纤维掺量的增加,中间主应力对极限抗压强度和峰值应变的影响越来越大,且钢纤维体积掺量对两种轻骨料混凝土应力-应变曲线下降段有一定的影响;在高应力比条件下,钢纤维体积掺量对峰值强度、峰值应变和应力-应变曲线下降段无明显影响,但对高应力比下轻骨料混凝土应力-应变曲线上特有的应力平台区域有较大的影响。考虑钢纤维含量特征参数的影响,对普通骨料混凝土的Kotsovos破坏准则进行了相应的修正,得出了适合钢纤维增强轻骨料混凝土的破坏准则表达式。     

变形钢筋/超高性能混凝土搭接黏结性能

超高性能混凝土(UHPC)是一种高强度、高韧性和高耐久性的水泥基复合材料。为了研究钢筋/UHPC的搭接黏结性能,进行了21组考虑搭接长度、纤维掺量和配箍率影响的钢筋搭接对拉拔出试验,3组考虑锚固长度影响的钢筋直接拔出锚固试验;试验出现了劈裂拔出破坏和钢筋拉断破坏2种破坏模式;钢筋/UHPC平均黏结强度随钢筋埋置长度的增大而减小,随配箍率的增大而增大;钢纤维掺量的增大,有利于增大对UHPC的约束作用,增加配箍率和适当增大纤维掺量均能减小钢筋/UHPC的临界搭接长度;结合前人的试验结果,拟合得到平均锚固和搭接黏结强度计算公式及临界锚固和搭接长度计算公式,根据混凝土结构设计规范,建立了钢筋/UHPC锚固和搭接长度简化算法,计算结果较为准确。      

体外预应力无腹筋超高性能混凝土梁的抗剪性能试验探索

为研究超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)无腹筋梁的抗剪性能,本次试验共制作9根体外预应力无腹筋UHPC梁,试验参数包括预应力的大小、剪跨比、纵向配筋率和钢纤维掺量,通过四点加载方法分析试验构件的破坏形态、开裂强度和极限强度.试验结果表明:无预应力无腹筋UHPC梁在...