超高性能混凝土抗折强度尺寸效应EI北大核心CSCD

通过3个强度等级、2种钢纤维类型和4组钢纤维掺量超高性能混凝土(UHPC)小梁试件的抗折试验,研究了强度等级、钢纤维类型和体积掺量对超高性能混凝土抗折强度及尺寸效应的影响。结果表明:随UHPC强度等级的增加,小梁试件抗折强度尺寸效应趋于明显,R160级试件抗折强度尺寸效应约为R120试件的1.26倍。钢纤维掺量对UHPC抗折强度尺寸效应有较大影响,钢纤维掺量越大,尺寸效应越明显,掺入3%(体积分数)平直型钢纤维和端勾型钢纤维的R120级UHPC小梁试件抗折强度尺寸效应比未掺加钢纤维的试件提高了71%和78%。建议了UHPC抗折强度尺寸换算系数,提出了UHPC抗折强度尺寸效应律计算公式。     

端钩型钢纤维UHPC抗压强度的试验研究

本文对5组超高性能混凝土(UHPC)立方体试件进行了轴心受压试验,观察不同纤维掺量及不同尺寸UHPC试件的破坏过程及破坏形态,研究了端钩型钢纤维及不同尺寸对UHPC受压性能的影响,比较各纤维体积掺量立方体试块的荷载-位移曲线,给出了纤维约束系数,分析了其对UHPC立方体抗压强度及压缩耗能的影响,建立了UHPC立方体抗压强度的预测模型。结果表明:与未掺纤维UHPC试件相比,掺入端钩型钢纤维的试件,在载荷达到极限荷载的40%左右时,试件开始发生损伤,在载荷接近极限荷载时,试件内部发生持续的快速断裂声响;掺入端钩型钢纤维的UHPC试件最终破坏呈多条斜向裂缝,且最终破坏时试件仍能保持完整形态,呈现“裂而不碎”的状态;随着端钩型钢纤维体积掺量的增加,试件的受压峰值荷载增加,且伴随着试件的变形增大;与未掺纤维UHPC试件相比,随着纤维掺量的增大,尺寸效应对UHPC的受压性能的影响逐渐减小。基于纤维约束指数,建立了UHPC立方体抗压强度的预测模型,预测结果与试验结果吻合度较高。     

纤维对抗冲磨超高性能混凝土性能的影响

针对西部山区洪水、泥石流对桥梁墩柱冲磨冲击病害问题,开发一种高抗冲磨、高抗冲击的超高性能混凝土(UHPC)材料,研究了纤维种类、掺量和混掺方式对抗冲磨UHPC性能的影响规律.研究结果表明:多锚点钢纤维与基体的锚固粘结作用较强,对UHPC抗冲磨/冲击性能提升最大;随着多锚点钢纤维掺量的增加,UHPC抗冲磨/冲击性能先提升后降低,最优掺量为2.5vol％;与单掺纤维相比,不同纤维混掺乱向分布形成更加致密的三维网络结构,纤维与基体间界面粘结强度更高,镀铜长钢纤维与多锚点钢纤维混掺时制备的抗冲磨UHPC在工作性能良好的同时,具有较高的抗冲磨/冲击性能,28d抗冲磨强度达162.8h/(kg/m2),冲击功1690 J.     

机制砂超高性能混凝土的冲击压缩力学性能EI北大核心CSCD

采用机制砂等质量替代河砂用于制备超高性能混凝土(UHPC),替代率分别为0%,25%,50%,75%以及100%,研究了机制砂对UHPC动静态力学性能的影响。结果表明:机制砂替代河砂后,所制备的UHPC抗压强度与仅用河砂配制的UHPC抗压强度相近;机制砂UHPC具有优异的抗冲击性能,可以承受多次冲击行为,此外机制砂UHPC具有明显的应变率效应,动态增强因子DIF与应变率呈对数函数关系。采用有限元法(LS-DYNA)模拟了机制砂UHPC的冲击过程,数值模拟结果表明应力应变曲线和破坏形态均与试验较为吻合。     

机制砂超高性能混凝土的冲击压缩力学性能

采用机制砂等质量替代河砂用于制备超高性能混凝土(UHPC),替代率分别为0%,25%,50%,75%以及100%,研究了机制砂对UHPC动静态力学性能的影响。结果表明:机制砂替代河砂后,所制备的UHPC抗压强度与仅用河砂配制的UHPC抗压强度相近;机制砂UHPC具有优异的抗冲击性能,可以承受多次冲击行为,此外机制砂UHPC具有明显的应变率效应,动态增强因子DIF与应变率呈对数函数关系。采用有限元法(LS-DYNA)模拟了机制砂UHPC的冲击过程,数值模拟结果表明应力应变曲线和破坏形态均与试验较为吻合。     

超高性能混凝土抗冲击性能研究进展

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种具有超高强度、良好韧性和优异耐久性的水泥基复合材料,在海上结构、地下空间、核废料容器和核反应堆防护罩等特殊工程和国防军事工程中具有广阔的应用前景.为适应其抗冲击和抗爆性能的需求,对UHPC开展动态力学性能研究显得尤为重要.通过对国内外UHPC抗冲击性能试验和数值模拟研究进展的系统梳理和总结,阐述了应用霍普金森杆开展冲击压缩试验和动态抗拉试验存在的问题及改进措施,分析了应变率、材料组分和冲击次数等因素对UHPC动态冲击性能的影响,探讨了确保UHPC冲击试验数值模拟有效性的关键问题.最后,对UHPC 抗冲击性能今后的研究方向提出了一些建议,希望能为UHPC动态性能研究以及 UHPC在实际工程中的应用提供指导和帮助.     

基于紧密堆积理论优化超高性能混凝土钢纤维参数

基于改良的Andreasen & Andersen 颗粒堆积模型优化设计了超高性能混凝土(UHPC)的基础配合比,研究了钢纤维的形状、含量及混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响。然后采用D-最优设计(DOD)方法,预测和评估混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响,并基于DOD模型优化设计了UHPC的最佳钢纤维掺量。结果表明,长直纤维、短直纤维、端钩纤维的掺入会对UHPC堆积体系、密实度带来不同程度的影响,其中端钩纤维对UHPC密实度的降低程度最大。此外,钢纤维掺量与UHPC堆积体系也有一定关系,当纤维掺量超过2.0%(体积分数,下同)时,UHPC的密实度急剧下降,造成UHPC堆积体系的显著破坏;基于建立的DOD优化模型分析得出,0.9%的长直纤维与1.1%端钩纤维为最佳纤维混杂方式,可使得钢纤维对UHPC堆积体系的扰乱作用最小化。     

石粉含量与钢纤维长度对机制砂超高性能混凝土性能的影响

为利用机制砂作细集料制备一种低成本的超高性能混凝土(UHPC),研究了石粉含量(5％ 、7％ 、10％ 、12％ 、15％)与3种长度的钢纤维及其2种钢纤维混杂对花岗岩机制砂UHPC的工作性能和力学性能的影响规律,并与河砂UHPC进行了对比.结果表明,机制砂UHPC的流动性低于河砂UHPC,且随石粉含量的增加而显著降低,机制砂UHPC的抗压强度、抗弯拉强度和弹性模量随石粉含量的增加呈先增大后降低趋势,当石粉含量≥10％ 时,机制砂UHPC的各项力学性能高于河砂UHPC.在钢纤维总体积掺量保持2％ 不变情况下,随钢纤维长度增加,UHPC的流动性降低,力学性能增大;当1％ 的长度13 mm平直钢纤维和1％ 的长度20 mm端勾钢纤维混杂时,机制砂UHPC的各项力学性能最佳.     

钢纤维对干熄焦炉牛腿用莫来石-碳化硅浇注料性能的影响

为延长干熄焦炉牛腿部位耐火材料的使用寿命,以莫来石、碳化硅为骨料,碳化硅粉、熔融石英粉、α-Al2O3粉和硅微粉为基质,铝酸钙水泥为结合系统,外加钢纤维制备了干熄焦炉牛腿用莫来石-碳化硅浇注料。研究了钢纤维种类(熔抽弯月型、剪切平直型、压痕波浪型、冷拔端勾型)和添加量(外加体积分数分别为0、1%、2%和3%)对该浇注料性能的影响,同时结合试样的载荷-位移曲线分析了浇注料中钢纤维的增韧机制。结果表明:1)表面粗糙的熔抽弯月型和与基体材料锚固作用强的冷拔端勾型钢纤维增强效果优于剪切平直型和压痕波浪型钢纤维;2)适量的钢纤维不仅对浇注料的力学性能,抗热震性和耐磨性能具有显著的提高,还能减缓裂纹的扩展,使其断裂能提高了49.0%,钢纤维合适的外加体积分数在2%以内;3)钢纤维与浇注料的界面粘结力和机械锚固力是钢纤维增强浇注料的关键因素。     

超高性能混凝土流变特性及其调控研究

为了实现超高性能混凝土(UHPC)流变特性的高效调控,采用膨润土作为辅助胶凝材料并对制备的UHPC进行了性能评估,包括UHPC浆体的流动度、静态屈服应力、动态屈服应力、塑性黏度和触变性,并系统分析了不同掺量的膨润土对UHPC浆体流变性能的影响。结果表明:随着膨润土掺量增加,UHPC浆体的流动度整体表现为下降趋势,下降幅度逐渐增大;当膨润土掺量由0%增加到15.0%(质量分数)时,UHPC浆体静态屈服应力、动态屈服应力和塑性黏度均显著增大,分别提高了约17.05倍、5.78倍和1.16倍;随着膨润土掺量增加,滞回环面积和触变指数增大,触变性得到明显改善。同时,掺入膨润土后仍然满足UHPC的优异力学性能要求。     

超高性能混凝土湿接缝界面粘结性能EI北大核心CSCD

研究了超高性能混凝土(UHPC)湿接缝界面破坏特性、拉伸强度以及拉伸强度比(接缝试件界面拉伸强度相对于整体试件的比值)等。结果表明:所有UHPC湿接缝试件的破坏模式均为脆性破坏;相比于未掺纤维湿接缝试件(界面拉伸强度2.24 MPa),掺纤维UHPC湿接缝试件具有更好的界面粘结性能(界面拉伸强度可达6.64 MPa,拉伸强度比可达68.6%);当纤维体积掺量不大于2.5%时,湿接缝试件的界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性均随纤维体积掺量的增大而增大,最佳纤维体积掺量为2.5%;长纤维对UHPC湿接缝界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性的提升效果优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;配筋UHPC湿接缝试件延性特征显著优于未配筋试件,增加钢筋锚固长度、界面配筋率是提高UHPC湿接缝延性特征和界面拉伸强度的较有效方法;当钢筋锚固长度达到6倍钢筋直径时,湿接缝处界面拉伸强度大于整体浇筑UHPC拉伸强度。此外,构建了不同纤维参数下UHPC湿接缝界面拉伸应力-相对位移简化模型。     

平直型钢纤维掺量与长径比对超高性能混凝土性能的影响

为研究平直型钢纤维体积掺量及长径比对超高性能混凝土(U HPC)施工及力学性能的影响,选用四种镀铜平直型钢纤维,设计并制备了12组不同钢纤维体积掺量(0 ～4％,长径比均为65)及长径比(65、80、90、100,对应钢纤维体积掺量均为2.5％)的UHPC试件.通过扩展度、抗压强度和四点弯曲试验,得到了各组UHPC的扩展度、抗压强度、抗折强度及弯曲应力-挠度曲线;基于UHPC弯曲应力-挠度曲线,并结合CECS13:2009计算了UHPC的弯曲韧性指数.结果 表明:随着钢纤维体积掺量的增加,UHPC的扩展度呈下降趋势,UHPC抗压、抗折强度、弯曲韧性指数基本呈增加趋势,对应最佳钢纤维体积掺量分别为4％(平均值174.4 MPa)、3.5％(平均值46.18 MPa)和4％;随着钢纤维长径比的增大(钢纤维体积掺杂量2.5％不变),UHPC扩展度呈下降趋势,抗压、抗折强度平均值及弯曲韧性指数呈增加趋势;其中,抗压、抗折强度最大值分别为173.53 MPa和44.9 MPa.     

钢纤维及硅灰对UHPC性能影响试验研究

以超高性能混凝土(UHPC)为研究对象,探索钢纤维形状及硅灰掺量对其性能的影响规律。试验结果表明,直线形钢纤维UHPC比端钩形钢纤维UHPC流动性能更优异,同时随着硅灰掺量的增加,UHPC流动性能逐渐变好而后再变差,1d及28d抗折强度均呈现先增加后减小的趋势,1d及28d抗压强度均慢慢增加,但当硅灰掺量超过一定额度值时,对抗压强度的影响很小。     

增强纤维对超高性能混凝土改性效果及优化研究

为探索增强纤维对混凝土性能影响的规律,选用聚乙烯醇(PVA)纤维、超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维增强混凝土制备超高性能混凝土(UHPC)。通过性能测试,选出UHPC改性最佳纤维——PVA纤维和UHMWPE纤维。采用Design-Expert专业实验数据分析软件,对PVA和UHMWPE混杂纤维设计进行理论模拟,针对目标纤维进行掺量优化设计,得出当12 mm长度的PVA纤维的体积分数为0.3%、6 mm长度的UHMWPE纤维的体积分数为0.9%时,目标UHPC的抗折强度、抗压强度与流动度达到最优化设计目标。     

纤维对UHPC力学性能的影响研究进展

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种具有超高强度、高韧性和优异耐久性的水泥基材料.这些优异性能可使混凝土构件的尺寸和自重显著变小,抗震性和抗海水腐蚀性能明显提高.然而其胶凝材料用量大,高温蒸汽养护导致高耗能和低生产效率,掺入纤维后其成本也大大提高,这使得其在实际工程中的广泛应用受到限制.本文综述了UHPC的发展历程及纤维对UHPC力学性能的影响.最后,对UHPC的进一步研究提出了一些建议.希望为纤维对UHPC的增强增韧机理以及UHPC在实际工程中的应用提供指导和帮助.     

偏高岭土对超高性能混凝土流变及纤维分布的影响EI北大核心CSCD

为研究相同流动度下偏高岭土对超高性能混凝土(UHPC)浆体流变性能和静置状态下纤维分布的影响规律,采用流变性能试验、结构重建速率测试和图像分析技术,探讨了偏高岭土对UHPC浆体流变性能的作用机理,并使用结构重建速率表征纤维分散情况。结果表明:流动度相同时,浆体的屈服应力基本相同;随着偏高岭土掺量的增加(5%~10%),UHPC浆体的表观黏度逐渐增加,但其流变特性无明显变化;掺入偏高岭土可以提升浆体的结构重建速率,但减水剂用量的增加会削弱这种提升效果;浆体结构重建速率与静置状态下UHPC中的纤维分散具有良好的相关性,结构重建速率越高,纤维分散越好。     

基于图像法对自密实超高性能混凝土性能提升的研究

为提升超高性能混凝土(UHPC)的性能,采用改进后的Andreasen&Andersen颗粒堆积模型设计UHPC基体配合比,利用图像法分析UHPC不同基体黏度对钢纤维分布的影响,并通过抗压强度结合纤维分布系数选择合适的基体黏度,研究不同形状、体积掺量的钢纤维对UHPC力学性能的影响,最终得到力学性能最佳的配合比。试验结果表明：良好的UHPC基体黏度在均匀分散钢纤维的同时可以避免内部出现过多气泡,进一步提升UHPC抗压强度;与端钩、长直形钢纤维相比,波纹形钢纤维在相同黏度下分散效果更佳,且对UHPC基体力学性能提升效果更好。UHPC最佳配合比为水胶比0.16,水泥、硅灰、矿渣质量比0.75∶0.2∶0.05,波纹形钢纤维体积掺量3%,减水剂质量分数0.8%,此时粉体颗粒最紧密堆积、钢纤维分布均匀,UHPC性能最佳。     

材料组成对UHPC性能的影响

超高性能混凝土作为一种性能优异的水泥基材料,已经得到广泛的关注.本文就UHPC常用原材料组成对其流动性及强度发展的影响进行了研究.结果表明水胶比对UHPC性能的影响最大,且随着水胶比增大,UHPC新拌物流动性增加,强度逐渐减小;在标养情况下,硅灰掺量对其强度影响最小;其他材料组成对UHPC的影响表现为石英粉掺量40％、砂灰比1.0及减水剂掺量2.5％时,试件强度最高.     

UHMWPE纤维复合材料防弹机理和性能

以立方体弹片作为冲击体,对UHMWPE纤维复合材料进行了大量的弹道冲击实验;基于实验结果和冲击波理论,研究了UHMWPE纤维复合材料受冲击时的表观破坏形态和微观损伤机理以及靶板面密度、冲击速度、冲击方式等因素对材料防弹性能的影响规律。     

钢纤维对超高性能混凝土弹性模量的影响EI北大核心CSCD

测试了掺有3种不同规格、4种不同掺量圆直形钢纤维的超高性能混凝土(UHPC)的弹性模量、立方体抗压强度和流动性能,分析了钢纤维几何参数和掺量对UHPC弹性模量的影响。结果表明:UHPC弹性模量、抗压强度随纤维掺量的增加而增大,随纤维的长径比增大而增大;新拌UHPC的流动性能则相反。钢纤维的掺入,对UHPC弹性模量具有正、负双重效应。纤维本身较高的弹性模量,发挥着正效应;但纤维同时会降低UHPC的流动性能,增大孔隙率和内部缺陷,削弱基体弹性模量,发挥负效应;综合呈现正效应。基于试验结果,建立了考虑纤维掺量和几何参数的UHPC弹性模量的半经验预测公式。UHPC弹性模量与抗压强度具有明显的相关性,为此建立了二者关系的经验公式。最后,基于收集到的42篇文献中320个试验数据,对上述半经验和经验公式进行了验证与修正,以扩大其适用范围。