城市地下隧道玄武岩纤维增强泡沫混凝土的性能试验研究

利用室内试验方法制备了玄武岩纤维增强泡沫混凝土,测试了其在不同玄武岩纤维和微硅粉掺量下的干缩率、立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度等性能,并分析了它们的变化规律.结果表明:纤维泡沫混凝土干缩率随着玄武岩纤维以及微硅粉掺量的增大而增大;泡沫混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度均随着玄武岩纤维以及微硅粉掺量的增大呈现了先增大后减小的变化规律;玄武岩纤维增强泡沫混凝土的最大抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度与素泡沫混凝土相比分别提高51.1％、50％、66.3％.     

玄武岩纤维混凝土应力应变关系及孔结构分析

为了探究纤维掺量对玄武岩纤维混凝土宏、微观性能的影响规律,采用数字图像相关方法与微观气孔结构分析仪对不同纤维掺量的混凝土试件进行试验研究,通过数据回归建立了纤维掺量与平均峰值应力之间关系,给出了玄武岩纤维混凝土单轴受压应力-应变曲线上升段表达式;结合微观孔结构,建立了平均峰值应力与含气量、平均气泡弦长、气孔间距、比表面积相关公式,同时采用分形维数定量描述微观孔结构与玄武岩纤维混凝土抗压强度、弹性模量的关系.结果表明:玄武岩纤维的加入能够提高混凝土平均峰值应力和峰值应变,对试件应力-应变关系曲线上升段改变不明显;玄武岩纤维的加入能够减少混凝土内部缺陷,降低混凝土含气量、减小平均气泡弦长,使混凝土内部孔结构得到优化,孔隙分布较为均匀,抗压强度提高,割线模量有所下降.     

高温后玄武岩纤维高强混凝土的力学特性

本文研究了高温作用后玄武岩纤维高强混凝土的力学性能随温度和纤维掺量的变化规律.结果表明:高温后玄武岩纤维高强混凝土(BHSC)质量损失随温度的升高而逐渐增大;抗压强度随温度的升高呈现先增大后减小的趋势,200℃后强度略有增加;峰值应变随温度的升高而大幅增大,400℃和600℃后尤为明显;峰值韧性随着温度的升高显著提高,200℃时最为明显;常温、400℃和600℃时玄武岩纤维对高强混凝土峰值韧性的改善效果较为明显.0.2％为相对最优向纤维掺量.     

塑钢纤维轻骨料混凝土轴心受压应力-应变全曲线试验研究

通过研究不同水胶比、塑钢纤维掺量和轻骨料种类对塑钢纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线影响,得到了各影响因素对全曲线的影响规律.研究结果表明:随着水胶比的增大,塑钢纤维轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线的峰值应力有不同程度的降低,但峰值应变稍微增大,韧性和延性有所提高;而塑钢纤维轻骨料混凝土轴心抗压强度随着塑钢纤维掺量的增加先增大后减小,其随着筒压强度的提高峰值应力呈增大趋势.     

基于分形理论的玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能研究

为了利用梁表面裂缝的分布和演化过程来研究玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁的受弯性能,对6根不同废旧钢纤维(Recycled Steel Fiber,RSF)体积掺量和配筋率的试验梁进行受弯试验,并运用分形理论对梁表面裂缝进行分析.验证了玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁表面裂缝分布的分形特征,其分形维数在0.89～1.07之间.探讨了梁表面裂缝分形维数与荷载等级、RSF体积掺量、配筋率及跨中挠度之间的关系.结果表明:分形维数与荷载等级和跨中挠度均呈对数增长关系;极限状态下,RSF的掺入减小了梁表面裂缝的分形维数,RSF体积掺量为1.5％ 时,分形维数最小为0.9722;随着配筋率的增加,梁表面裂缝发展更充分,其分形维数也更大.     

玄武岩纤维聚合物水泥混凝土干缩性能试验研究

通过玄武岩纤维聚合物水泥混凝土干缩性能试验,研究了玄武岩纤维掺量和聚合物乳液掺量对混凝土干缩性能的影响.研究结果表明,单掺玄武岩纤维对混凝土的干缩存在负面作用,随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土的干缩率增大;单掺丁苯乳液聚合物时,随着丁苯乳液聚合物掺量的增加,混凝土的干缩率呈现明显的增大趋势;玄武岩纤维和聚合物乳液复掺使用可以减少混凝土的干缩,其改善效果优于两者单掺的情况,复掺对混凝土干缩起到了双重改性的效果.     

玄武岩纤维与粉煤灰改性高强混凝土力学性能研究

将纤维材料加入混凝土中可以有效提高混凝土的使用性能和服务年限.基于此,制备了不同玄武岩纤维体积掺量的粉煤灰改性高强混凝土试件,分别测试了玄武岩纤维高强混凝土的坍落度、扩展度以及标准养护7 d、15 d和28 d后的收缩率、抗压强度、抗拉强度以及抗折强度,分析了玄武岩纤维掺量对混凝土坍落度、扩展度、收缩率、抗压强度、抗拉强度以及抗折强度的影响规律.结果表明:随着玄武岩纤维掺量的增大,粉煤灰改性高强混凝土的坍落度和扩展度呈线性减小,收缩率逐渐减小;抗压强度、抗拉强度和抗折强度逐渐增大,抗压强度、抗拉强度和抗折强度的增大速率分别在玄武岩纤维掺量为0.8％、1.2％和1.2％时出现拐点,性价比最高的玄武岩纤维掺量为0.8％～1.2％.     

早期受盐-冻耦合作用下掺玄武岩纤维混凝土耐久性劣化规律

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同) NaCl+5.0%Na₂SO₄复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用扫描电子显微镜、超声法缺陷检测和核磁共振孔径检测三种分析手段探究了玄武岩纤维在微观层面上对早期受盐-冻耦合作用下混凝土宏观性能的改善作用。研究结果表明：在早期受冻混凝土中掺加玄武岩纤维能够有效提高抗压强度,减小质量损失;随着纤维掺量的增加,抗压强度、相对动弹性模量呈先增加后降低的趋势;随着冻融循环次数的增加,不同体积掺量玄武岩纤维早期受冻混凝土试块的超声脉冲传播速度逐渐增大,各组试块的总孔隙率与冻融次数呈正相关,且掺加玄武岩纤维能增加无害孔,减少多害孔,从而提高混凝土抗冻耐久性;试验中纤维掺量为0.15%(体积分数)的试块表现最优越。该研究可为寒旱灌区早期受冻混凝土耐久性研究及后期维护提供参考。     

掺玄武岩纤维高强高钛重矿渣混凝土力学性能试验与分析

通过不同体积掺量玄武岩纤维(0.2%、0.4%和0.6%)的掺玄武岩纤维高强高钛重矿渣混凝土和普通高钛重矿渣的抗压、劈裂抗拉和抗折来分析玄武岩纤维的不同体积掺量对掺玄武岩纤维高强高钛重矿渣混凝土力学性能的影响。结果表明,玄武岩纤维可显著改善试件劈裂抗拉性能和抗折性能,对抗压性能影响不大。抗压强度和抗折强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增加后降低趋势,纤维掺量为0.4%时达到最大值,28d强度较基准混凝土分别增长了14.26%和28.89%,而劈裂抗拉强度随玄武岩纤维掺量的增加而持续增加,纤维掺量为0.6%时,28d强度较基准混凝土增长了39.24%。该种纤维混凝土可解决混凝土开裂的施工问题。     

废弃纤维再生混凝土孔结构及碳化性能分形特征研究

以水灰比、再生骨料取代率、废弃纤维长度和体积掺量为设计变量,利用压汞试验及快速碳化试验,探讨了废弃纤维再生混凝土的孔结构、碳化性能的分形特征以及两者之间的关系.结果表明:废弃纤维再生混凝土孔结构具有显著的分形特征,废弃纤维的加入可阻止结构中有害孔的形成,改善废弃纤维再生混凝土内部的孔结构;纤维的加入可以提高再生混凝土的碳化性能,最优体积掺量为0.12%,碳化边界轮廓线的分形维数越小,对应的碳化深度越大;废弃纤维再生混凝土的碳化深度与孔隙体积分形维数之间存在相关性,随着孔体积分形维数减小碳化深度增大,根据孔隙体积分形维数来评价不同设计变量的废弃纤维再生混凝土碳化深度是可行的.     

玄武岩纤维混凝土早期裂缝试验研究

为了研究玄武岩纤维混凝土早期开裂性能,对不同长度纤维和不同体积掺量的玄武岩纤维混凝土进行试验,结果显示:玄武岩纤维混凝土相对于普通混凝土裂缝降低明显,玄武岩纤维混凝土早期收缩裂缝随纤维长度增加先减小后缓慢增加,最佳阻裂纤维长度为18 mm,早期收缩可见裂缝随纤维体积掺量的增加而减小,当体积掺量到0.2%时可见裂缝基本消失.随着混凝土强度提高纤维混凝土的抗裂指标逐渐降低,裂缝更加短小.     

基于孔结构分形的混杂纤维混凝土抗冻性能研究

为研究粉煤灰掺量对钢-聚丙烯纤维混凝土抗冻性能的影响,设计并制备6种粉煤灰替代率的混杂纤维混凝土,对其进行冻融循环及盐冻循环试验,测试其质量损失、相对动弹模量及弯曲韧性。基于热力学模型计算冻融前后混凝土孔结构分形维数,建立分形维数与混凝土弯曲韧性之间的关系。结果表明:当粉煤灰质量掺量为5%~15%时,随粉煤灰掺量增多,混杂纤维混凝土的抗冻性能明显提升;继续增加粉煤灰掺量至20%,混杂纤维混凝土的弯曲韧性开始降低。混杂纤维混凝土内部孔具有明显的分形特征,分形维数与无害、少害孔总孔隙占比及多害孔孔隙占比均有良好的线性相关性。同时,混杂纤维混凝土孔分形维数与峰值荷载、能量吸收值呈正相关,分形维数越大,混凝土所能承受的峰值荷载越高、能量吸收值越大。     

玄武岩纤维水泥土填料抗压强度及耐久性研究

为保证水泥土无侧限抗压强度和耐久性满足要求,通过外掺玄武岩纤维的方式,基于室内试验对玄武岩纤维水泥土抗压强度及耐久性展开了研究。研究表明,纤维泥土抗压强度随水泥掺量增加呈线性增长,且纤维掺量为0.3%的抗压强度最大,较素水泥土抗压强度至少提高了41.0%;NaCl溶液养生方式抑制了纤维水泥土强度的发展,较标准养生方式的纤维水泥土抗压强度平均降低了11.8%;干湿冻融作用下,随水泥掺量增加,纤维水泥土抗压强度呈线性增长,且干湿作用后强度较冻融作用大,水泥掺量每增加1%,纤维水泥土干湿作用和冻融作用后抗压强度至少分别提高了13.6%、20.5%;随玄武岩纤维掺量增加,水泥土抗压强度先快速增大后缓慢减小,且纤维掺量为0.3%,干湿或冻融后水泥土抗压强度出现最大值。     

混凝土单轴压缩破碎分形研究

针对混凝土单轴压缩破碎后的分形特征进行了研究.依据Turcotte研究成果,对混凝土破碎分形维数进行了定量计算.分析了粗骨料粒径、试样形状对混凝土破碎分形维数的影响,探讨了抗压强度、峰值应变、单位体积吸收能、脆性指标与破碎分形维数的关系.结果表明:混凝土单轴压缩破坏后的碎块分布具有分形特征;单轴压缩破碎分形维数随粗骨料粒径的增大呈下降趋势,随混凝土抗压强度的提高呈增大趋势,随峰值应变的提高、单位体积吸收能的增加、脆性指标的减小而增大;圆柱体试样的破碎分形维数与同粒径的棱柱体试样相比呈降低趋势.     

干掺纤维再生透水混凝土强度、透水性和耐磨性研究

为提高透水再生混凝土工程性能,对比研究了干掺玄武岩纤维和聚丙烯纤维对再生透水混凝土强度特性、透水性及耐磨性影响规律。研究结果表明：再生透水混凝土掺入纤维后抗拉强度提高,聚丙烯纤维再生混凝土抗压强度呈降低趋势变化,玄武岩纤维掺量0.3%时,再生透水混凝土抗压强度取得最大值,较未掺纤维再生透水混凝土抗压强度提高9.7%;纤维掺量超过0.43%时,掺聚丙烯纤维较玄武岩纤维再生透水混凝土抗拉性能要优;纤维掺量对再生混凝土孔隙率和透水系数影响较小,且满足CJJ/T 135-2009中透水混凝土设计要求;再生混凝土掺入纤维后的质量磨耗率减小,在玄武岩纤维掺量0.5%时,再生混凝土质量磨耗率取得最小值,较未掺纤维再生混凝土磨耗率降低29.2%;纤维掺量超过0.3%时,掺聚丙烯纤维较玄武岩纤维对再生混凝土耐磨性促进作用提高。建议玄武岩纤维最佳掺量为0.5%,聚丙烯纤维最佳掺量为0.7%。     

DIC技术分析玄武岩纤维混凝土单轴受压应力应变曲线研究

基于DIC技术对玄武岩纤维混凝土在单轴受压过程中的全场位移和应变进行采集,分析混凝土在不同纤维掺量、不同受力阶段下应变云图的变化特征和变形参数的变化规律,并拟合出玄武岩纤维混凝土单轴受压的应力应变曲线.结果 表明:掺入玄武岩纤维可减小混凝土的变形,0.2％纤维掺量的混凝土整体变形性能更好.不同玄武岩纤维掺量混凝土的应力-应变曲线上升段几乎重合,下降段表现出不同的变形性能.掺入纤维可以降低峰值应变到极限应变下降斜率,掺入0.2％玄武岩纤维更有利于提高本试验条件下混凝土的延性性能.     

玄武岩纤维对混凝土的增强和增韧效应

采用φ100 mm 分离式Hopkinson压杆试验装置,研究了玄武岩纤维混凝土在冲击荷载作用下的动态力学性能,并将其与相同纤维掺量的碳纤维混凝土的冲击力学性能进行对比分析.结果表明:冲击荷载作用下,玄武岩纤维混凝土与碳纤维混凝土的强度与比能量吸收随平均应变率的增加而近似线性增长,体现了显著的应变率相关性;均匀分布的玄武岩纤维与碳纤维能够在混凝土内部形成致密的纤维网状结构,限制了混凝土内部微裂纹的产生和发展,对混凝土的冲击力学性能具有一定的改善效果;玄武岩纤维对混凝土的增强、增韧效果总体上优于碳纤维;当纤维掺量为0.1%(体积分数)时,玄武岩纤维对混凝土的增强、增韧效果最佳.     

玄武岩纤维混凝土耐高温性能分析

对不同玄武岩纤维体积率混凝土进行室内高温试验,总结与分析了温度和纤维体积率对混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量的影响规律。研究结果表明:玄武岩混凝土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均在200℃高温出现拐点,200℃高温后玄武岩纤维混凝土的力学性能均出现不同程度的降低;混凝土的力学性能随玄武岩纤维体积率的增大而呈现出先增大后减小的趋势,最优的玄武岩纤维体积率为0.15%;玄武岩再生混凝土的力学性能随再生骨料取代率的增大而减弱,再生骨料取代率不宜大于30%。     

城市轨道交通隧道混杂纤维高性能混凝土耐久性能试验研究

抗侵蚀和抗冻性能对城市轨道交通隧道混凝土的长期使用具有重要的影响。基于此,制备了单掺和复掺钢纤维和玄武岩纤维的高性能混凝土试件,开展了抗压强度测试以及干湿循环和冻融循环后的抗压强度损失率和质量损失率测试,分析了硫酸盐侵蚀和冻融循环后高性能混凝土的耐久性能变化规律,确定了最佳的纤维掺量。结果表明：高性能混凝土的硫酸盐腐蚀质量损失率和抗压强度均随单掺纤维体积率的增大而先减小后增大;混掺玄武岩纤维和钢纤维的高性能混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力要优于单掺玄武岩纤维或钢纤维;适量的玄武岩纤维或钢纤维掺入有助于提高高性能混凝土的抗冻能力,纤维总掺量为1.2%,其抗冻性能最佳。     

玄武岩纤维掺量对混凝土性能的影响及增强机理

以玄武岩纤维体积掺量(0、0.1%、0.2%、0.3%)为试验参数,开展玄武岩纤维掺量对混凝土基本性能的研究工作。试验结果表明:玄武岩纤维满足制备纤维混凝土的基本要求;抗压性能随掺量的增加呈现先增加后减小的趋势,抗折性能随掺量的增加而增强,建议玄武岩纤维体积掺量范围为0.1%～0.2%;玄武岩纤维表面被水泥水化物包裹并且黏结良好,可抑制荷载作用时裂缝的扩展,提高混凝土的韧性。