高温后玄武岩纤维增强混凝土的冲击变形特性

采用φ100分离式霍普金森压杆系统,研究了不同温度作用后玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)的冲击变形特性.结果表明:随着温度及加载速率的升高,BFRC的变形破碎程度增大,应力应变曲线表现出塑性特征;同一温度下,BFRC的峰值应变和均值应变随平均应变率的增大而增大,具有明显的应变率相关性;同一加载速率下,随着温度的升高,BFRC的峰值应变和均值应变呈上升趋势,峰值应变的应变率敏感性逐渐增强,但在200℃时,BFRC在较低加载速率作用下的均值应变较常温有所减小;掺入玄武岩纤维可以有效提升高温后BFRC的冲击变形能力,且纤维掺量(体积分数)为0.3％时,BFRC的变形优势最大,但当温度与加载速率较低时,BFRC的均值应变较素混凝土小.     

玄武岩纤维棒聚合物混凝土的弯曲韧性

研究了玄武岩纤维棒（BFB）的纤维增强指数I_R对玄武岩纤维棒聚合物混凝土（BFB-PC）韧性指标T_2（n-1）（n）的影响,通过分形理论探究了T_2（n-1）（n）与裂缝形貌的关系,并建立了弯曲韧性计算模型.结果表明：当I_R=90.0时,BFB对BFB-PC的增韧效果最优,此时BFB-PC的弯曲韧性比未掺BFB时提升了8.39倍;BFB的增韧阈值为I_R=37.5和I_R=90.0;当I_R相同时,与未掺聚合物的混凝土相比,聚灰比为0.06的BFB-PC T_2（n-1）（n）更高;I_R越大裂缝形貌越复杂,T_2（n-1）（n）与裂缝分形维数呈二次函数关系;本文提出的弯曲韧性计算模型准确描述了BFB对PC梁的增韧作用,其试验值与理论值的相对误差小于15.00%.     

冲击荷载下玄武岩纤维混凝土动态力学特性试验研究

采用φ50 mm的分离式霍普金森压杆装置（SHPB）分别对不同纤维体积掺量（0、0.1%、02%、0.3%）的玄武岩纤维混凝土在50～200 s-1应变率范围下进行了动态力学性能试验,得到了不同纤维体积掺量和不同应变率下的动态应力-应变曲线。试验结果表明,玄武岩纤维混凝土材料对应变率较为敏感,其峰值应力、DIF、峰值应变、冲击韧度都随应变率的增加呈增长趋势,但玄武岩纤维混凝土的力学性质受纤维体积掺量的影响较为复杂。试验证明玄武岩纤维的加入可进一步提高混凝土的抗压强度,同时在中高应变率下纤维的加入进一步提高了混凝土的韧性,通过对静、动态力学各性能进行,分析认为0.1%的玄武岩纤维体积掺量对各力学的提升性能最优。     

玄武岩纤维增强地聚合物混凝土劈拉试验研究

为研究玄武岩纤维对地聚合物混凝土劈拉强度的增强效应,对地聚合物混凝土(geopolymer concrete, GPC)和玄武岩纤维增强地聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymer concrete, BFRGPC)进行了静态和动态劈拉试验,动态试验的应变率为2～17 s^-1。结果表明,玄武岩纤维对地聚合物混凝土的劈拉强度提升有限,GPC和BFRGPC的静态和动态劈拉强度相差不大,2种材料在劈拉荷载作用下均表现出脆性破坏特征,抗拉性能较差。在动荷载下,GPC和BFRGPC的劈拉强度均存在应变率效应,相似的应变率下,GPC和BFRGPC的动态强度增强因子(dynamic increase factor, DIF)差异不明显。     

玄武岩纤维混凝土冲击压缩韧性

介绍了利用Φ100 mmSHPB装置获得玄武岩纤维混凝土冲击压缩在3种应变率范围下的应力-应变曲线的试验研究.并以应力-应变全程曲线所围面积作为韧性指标,对玄武岩纤维掺量分别为0、0.1%、0.2%和0.3%的混凝土在冲击荷载下增韧特性进行了对比分析.研究表明,在0～0.020应变范围内,4种掺量的玄武岩纤维混凝土中,BFRC0.2韧性最高,尤其在50/S～60/S应变率范围内,比素混凝土韧性指标提高了12.7%;应变较低时,一般素混凝土的韧性指标最高:与素混凝土相比,在应变率较低时,3组掺玄武岩纤维的混凝土韧性均有所提高,而在80/S～100/S应变率范围下,BFRC0.3韧性最低.     

玄武岩纤维增强混凝土静、动力性能试验研究

对纤维体积含量分别为0、0．1％、0．2％、0．3％的幺武岩纤维增强混凝上进行试验,研究了玄武岩纤维体积掺量对混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度的影响,并利用φ100mm的SHPB装置进行了冲击压缩试验,得到了不同应变率下的全过程应力-应变曲线。试验结果表明：混凝土材料具有应变速率敏感性,随着应变率的增加,混凝土的峰值应力增加,发现玄武岩纤维的体积掺量为0．1％时,具有最好的力学性能。     

橡胶混凝土的冲击压缩试验研究

采用分离式霍普金森压杆装置对橡胶颗粒体积分数为0%～20%的橡胶混凝土进行多应变率动态力学性能试验研究,得到同一类试件在4种应变率下的应力-应变曲线.结果表明,橡胶混凝土是应变率敏感材料,其峰值应力、极限应变表现出显著的应变率强化效应.对于同一橡胶颗粒掺量,橡胶混凝土的增强效应随着应变率的增大而增强.对于同一应变率水平,橡胶混凝土的变形能力随橡胶掺量的增加而增强.从破坏形态来看,橡胶混凝土的抗冲击性能明显优于普通混凝土.     

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土在机场道面快速修补中的应用研究

作为一种新型混凝土材料——地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC),凭借其优异的力学性能与耐久性,被应用于机场道面的快速修补.为研究玄武岩纤维对GC性能的改善能力,首先以矿渣与粉煤灰为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC),测试了标准养护3、7、28d的BFRGC的准静态力学性能,包括:抗压、抗折强度.并分析了玄武岩纤维对GC的增强机理.结果表明:玄武岩纤维能够有效地提高GC的抗压、抗折强度;当玄武岩纤维体积掺量为0.3%时,玄武岩纤维对GC抗压强度的改善效果达到最佳,尤其是早期抗压强度.标准养护3、7、28d时的强度增长因子(Strength Increase Factor,SIF)分别为37.76%、34.82%、31.52%;当玄武岩纤维体积掺量为0.1%时.对GC抗折强度的改善效果达到最佳,标准养护3、7、28 d时的SIF分别为16.67%、16.22%、22.22%.由此可见,玄武岩纤维的掺入,使得GC的性能有了显著的改善.因此,BFRGC在机场道面快速修补中将会有更加广阔的应用前景.     

纤维对地聚合物混凝土增强效应的试验研究

以矿渣和粉煤灰为原料、水玻璃和氢氧化钠为碱激发剂、玄武岩纤维和碳纤维为增强材料,制备纤维增强混凝土,测试其28d抗压强度.结果表明,纤维对地聚合物混凝土的增强效应受纤维种类、纤维掺量和基体配比等因素的影响;碳纤维对地聚合物混凝土增强效果明显,掺量为0.3%抗压强度增幅最大,达34.8%,且水胶比为0.26时的增强效果优于水胶比为0.31时;玄武岩纤维对水胶比为0.26的地聚合物混凝土没有增强效果,但当水胶比为0.31时,增强效果明显,掺量为0.3%时抗压强度增幅最大,达31.5%;总体上,碳纤维对地聚合物混凝土的增强效果优于玄武岩纤维,碳纤维和玄武岩纤维对素混凝土没有起到增强作用.     

纤维增强地质聚合物混凝土的动态力学性能

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,研究玄武岩纤维与碳纤维增强地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)在10～102s-1范围内的动态力学性能,并作比较分析。结果表明,纤维增强地质聚合物混凝土属于应变率敏感材料,其动态抗压强度与能量吸收特性均表现出显著的应变率相关性;作为GC的增强材料,玄武岩纤维与碳纤维各有优势,但就改善GC的强度与能量吸收特性的效果而言,碳纤维总体上优于玄武岩纤维,尤其当碳纤维体积率为0.2%时,改善效果最佳。     

碳纤维增强地聚物混凝土韧性评价指标的对比研究

采用经波形整形技术改进后的100分离式Hopkinson压杆试验装置,开展了碳纤维增强地聚物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete, CFRGC)的冲击压缩试验,基于峰值韧度和比能量吸收2种评价指标研究了CFRGC的冲击韧性,并进行了对比分析和机理探究.结果表明：从峰值韧度的评价指标来看,CFRGC在碳纤维体积分数为03%时能发挥出明显的冲击增韧优势;从比能量吸收的评价指标来看,CFRGC的增韧特性在碳纤维体积分数为02%和03%时相对较优异;2种表征冲击韧性的方法所反映的发展趋势存在一致性,一是冲击韧性指标存在明显的应变率效应,二是碳纤维对于地聚物混凝土而言具有一定的增韧效果;在评价碳纤维增强地聚物混凝土的冲击韧性时,采用比能量吸收指标更加有效、合理.     

全珊瑚海水混凝土冲击压缩性能试验研究与数值模拟

采用直径为75 mm的霍普金森压杆对强度等级为C30和C50的全珊瑚海水混凝土(CASC)以及剑麻纤维增强全珊瑚海水混凝土(SFCASC)进行了冲击压缩试验,并使用LS-DYNA软件对CASC的冲击性能进行了模拟.结果表明:CASC与SFCASC的动态增强因子DIF与应变率(ε)s、立方体抗压强度fcu有关,建立了 D...     

碳纤维混凝土的动态损伤本构模型

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行了碳纤维混凝土(CFRC)的冲击压缩实验,获得了CFRC在10～102 s-1应变率范围内的应力应变曲线,分析了CFRC的强度和破坏形态,建立了碳纤维混凝土非线性损伤粘弹性本构方程。结果表明:碳纤维对混凝土有良好的增强作用,具备优异的冲击力学性能;本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,可以较为准确地描述碳纤维混凝土的高应变率力学行为。     

花岗岩的动态压缩实验和力学性能研究

 在Hopk inson 压杆上利用预留间隙法对花岗岩材料实施了高应变率动态实验, 有效地避免加载波上升沿对这类脆性材料实验精度的影响, 发现花岗岩材料有很明显的应变率硬化效应和损伤软化效应。并初步研究了花岗岩材料在动态和静态重复加载条件下的力学行为。     

芳纶纤维复合材料包裹混凝土短柱轴心动态抗压强度研究

采用空军工程大学的100分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对芳纶纤维材料(AFRP)包裹混凝土短柱在高应变率条件下的抗压强度进行了试验研究。研究结果表明:在高应变率下,采用AFRP加固混凝土短柱,动态抗压强度得到了显著提高,并随应变率上升而增长;相同应变率水平下,动态抗压强度随AFRP加固层数的增加呈现出先增大后减小的特性,其中两层AFRP包裹混凝土短柱增强性能最优。另外,考虑应变率效应,对Bethet强度模型进行修正,得到了适用于高应变率条件下的AFRP包裹混凝土短柱强度模型。     

岩石–钢纤维混凝土复合层动态压缩性能试验研究

为研究冲击荷载下岩石–钢纤维混凝土复合层抗压性能,利用分离式霍普金森压杆对岩石、钢纤维混凝土和岩石–钢纤维混凝土复合层试件进行了6种应变率下的动态压缩性能试验,并与各类试件的静态抗压强度进行对比分析。结果表明钢纤维混凝土可以有效增强复合层的静态和动态抗压强度,岩石–钢纤维混凝土复合层的动态抗压强度、耗散能和动态强度增长因子（DIF）均具有显著的应变率效应;在相近应变率下复合层的动态抗压强度和耗散能均随钢纤维掺量增大而增大,当钢纤维掺量为80 kg/m³时复合层的动态抗压强度和耗散能比无钢纤维时最大增幅分别为30.1%和53.9%;钢纤维掺量不大于60kg/m³可以有效增大复合层的DIF。复合层试件的损伤特征随应变率增大分为4种类型,即混凝土层出现周边张应变破坏、裂纹贯穿复合层、留芯破坏和整体破碎。岩石–钢纤维混凝土复合层的动态力学性能可以为支护结构在冲击荷载下的作用机制提供研究基础。     

Behavior of steel fiber–reinforced high-strength concrete at medium strain rate

Impact compression experiments for the steel fiber–reinforced high-strength concrete (SFRHSC) at medium strain rate were conducted using the split Hopkinson press bar (SHPB) testing method. The volume fractions of steel fibers of SFRHSC were between 0 and 3%. The experimental results showed that, when the strain rate increased from threshold value to 90 s^-1, the maximum stress of SFRHSC increased about 30%, the elastic modulus of SFRHSC increased about 50%, and the increase in the peak strain of SFRHSC was 2-3 times of that in the matrix specimen. The strength and toughness of the matrix were improved remarkably because of the superposition effect of the aggregate high-strength matrix and steel fiber high-strength matrix. As a result, under impact loading, cracks developed in the SFRHSC specimen, but the overall shape of the specimen remained virtually unchanged. However, under similar impact loading, the matrix specimens were almost broken into small pieces.     

短切玄武岩纤维混凝土基本力学性能的尺寸效应

为了研究短切玄武岩纤维混凝土试件尺寸变化对其基本力学性能的影响,对不同纤维长度（15,25 mm）、纤维体积掺量（0.1%,0.2%）、基体混凝土强度等级（C30,C40）的330个短切玄武岩纤维混凝土（BFRC）试件分别进行了立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲抗拉强度试验并对试验数据处理,以尺寸效应度反映尺寸效应规律。研究结果表明:玄武岩纤维混凝土立方体抗压强度试件的尺寸换算系数受混凝土的强度等级、纤维长度、纤维体积掺量的影响较小;轴心抗压强度的尺寸效应随混凝土强度等级、纤维长度、纤维体积掺量的增大均有所提高;劈裂抗拉强度随混凝土强度等级变化,其尺寸效应不明显,但随纤维长度的减小及纤维体积掺量的增加,尺寸效应有增大趋势;混凝土强度等级和纤维长度的改变对混凝土弯曲抗拉强度的尺寸效应影响不大,但随纤维体积掺量的增加,尺寸换算系数先减小后变大。