多尺度纤维增强超高性能混凝土的轴心抗拉和抗压行为

提出纳米-微米-毫米多尺度纤维复合增强超高性能混凝土(UHPC)的思路,利用不同尺度的纤维抑制不同尺度缺陷,整体提升UHPC的力学性能。通过掺加纳米尺度的碳纳米管、微米尺度的碳酸钙晶须和毫米尺度的钢纤维,设计了7组不同纤维掺杂的UHPC试件,测试了UHPC的轴心抗拉和轴心抗压应力-应变曲线。结果表明:宏观尺度的毫米钢纤维决定了UHPC试件的初裂强度和初裂应变,微观尺度的微米纤维和纳米纤维对初裂强度和初裂应变影响不大;但碳酸钙晶须和碳纳米管的加入,改变了UHPC试件开裂后的拉伸行为,显著增强了其应变硬化能力。不同尺度纤维对UHPC轴心抗拉和抗压性能都表现出类似的规律:与钢纤维复掺时,碳酸钙晶须的效果优于碳纳米管的效果,且碳酸钙晶须和碳纳米管两者同时掺加效果最好。     

钢管约束超高性能混凝土受压本构模型EI北大核心CSCD

为了研究钢管约束超高性能混凝土(UHPC)本构模型,对42根约束UHPC试件和3根无约束UHPC试件进行了轴心受压试验,考察了UHPC受约束后的破坏形态和应力-应变全曲线,分析了钢纤维掺量与长径比、聚丙烯纤维掺量与长径比以及钢管厚度对应力-应变全曲线的影响规律。结果表明:钢管厚度为主要影响因素,可显著提高UHPC峰值应力与应变;混杂纤维能提高约束UHPC峰值应力与应变,其中,钢纤维掺量的影响较为明显,在聚丙烯纤维掺量适宜时,随钢纤维掺量增加,约束UHPC峰值应力增加,峰值应变先减小后增加。基于实测的约束UHPC应力-应变典型曲线,建立了相应的本构模型。     

钢管约束超高性能混凝土受压本构模型

为了研究钢管约束超高性能混凝土(UHPC)本构模型,对42根约束UHPC试件和3根无约束UHPC试件进行了轴心受压试验,考察了UHPC受约束后的破坏形态和应力-应变全曲线,分析了钢纤维掺量与长径比、聚丙烯纤维掺量与长径比以及钢管厚度对应力-应变全曲线的影响规律。结果表明:钢管厚度为主要影响因素,可显著提高UHPC峰值应力与应变;混杂纤维能提高约束UHPC峰值应力与应变,其中,钢纤维掺量的影响较为明显,在聚丙烯纤维掺量适宜时,随钢纤维掺量增加,约束UHPC峰值应力增加,峰值应变先减小后增加。基于实测的约束UHPC应力-应变典型曲线,建立了相应的本构模型。     

定向分布钢纤维对超高性能混凝土的增强作用EI北大核心CSCD

将细短钢纤维定向分布在水泥浆中制备超高性能混凝土(UHPC),在不同的钢纤维体积掺量下,对比分析了定向分布钢纤维UHPC(D-UHPC)与乱向分布钢纤维UHPC(L-UHPC)的抗压、抗折和弯曲抗拉等强度,通过弯曲韧性、钢纤维与UHPC基体的界面黏结强度及宏观、细观照片来揭示其增强作用机理。结果表明:随着钢纤维掺量的增加,L-UHPC的抗压强度先增大后减小,D-UHPC的抗压强度则持续增大;两种UHPC的抗折强度均随着钢纤维体积掺量的增加而不断增大;在相同的钢纤维体积掺量下,D-UHPC的抗折强度均比L-UHPC的更高;试样受弯断裂过程中,D-UHPC所产生的裂缝宽度比L-UHPC的更窄,且出现了更多细小裂缝,可通过分散吸收荷载而表现出更高的弯曲韧性;D-UHPC的初裂挠度、极限抗拉挠度、初裂强度、极限抗拉强度和韧性指数在相同的钢纤维体积掺量时均比L-UHPC的有大幅度增加;钢纤维的埋入角越大,拔出荷载峰值越小,且荷载峰值对应的挠度越大,显示出钢纤维方向对UHPC力学性能的显著影响。     

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.     

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。     

纳米粒子和石英砂对PVA纤维水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响

为研究纳米粒子种类和掺量以及石英砂粒径对聚乙烯醇纤维(PVA纤维)水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响,通过单轴拉伸试验测得了试件的极限拉应变和极限拉应力,并得到了试件应力-应变关系曲线.PVA纤维的体积掺量为0.9％,选择纳米SiO2质量掺量和石英砂粒径各四种.结果 表明,纳米SiO2的掺加对PVA纤维水泥基复合材料抗拉伸性能有一定的提高,随着纳米SiO2掺量从0％增大到2.5％,试件极限拉应变和极限拉应力整体上呈逐渐增大趋势.相对于纳米CaCO3,纳米SiO2对PVA纤维水泥基复合材料抗拉伸性能的增强效果更明显.石英砂的粒径对PVA纤维水泥基复合材料抗拉性能影响较大,石英砂的粒径越小,PVA纤维水泥基复合材料的极限拉应变和极限拉应力越低.     

不同养护条件下混杂钢纤维超高性能混凝土的早龄期力学性能及开裂特性

结合烧失量与单轴拉、压实验,研究了空气及热水（1 d,60℃热水+2 d空气）养护条件下混杂钢纤维超高性能混凝土（UHPC）试件的3 d龄期水化程度与力学性能,同时利用数字图像相关技术与光学显微镜对拉伸试件表面的开裂特性进行了表征,并通过扫描电子显微镜对其微观结构进行了分析。结果表明:与空气养护相比,热水养护加快了UHPC基体的水化反应进程,温度的升高是促进水化反应的主要因素;热水养护UHPC试件的初裂、抗拉及抗压强度明显提高,但其拉伸应变性能的变化并不明显;试件的最大裂缝宽度总体上有所降低;基体变得更加致密,纤维与基体的界面粘结也更强。随着纤维掺量的增加,UHPC的拉伸应变有所提高,总体积掺量为2.5%（长、短纤维比例分别为1.25:1.25,1.5:1.0）试件的拉伸应变均超过了2×10^-3;混掺1.5%（体积分数）长纤维与1.0%短纤维试件在热水养护下产生了较多宽度小于50μm的微裂缝。DIC技术获得的理论应变与单轴拉伸实测应变之间具有较好的吻合度。     

钢渣微粉生态型超高性能混凝土力学性能影响因素分析

为促进钢铁企业废渣的无害化处理与资源化利用,将钢渣制成微粉替代石英粉制备生态型超高性能混凝土(UHPC)是其再利用的有效途径之一。针对配制钢渣微粉UHPC的原材料因素影响问题,采用正交试验法对不同配合比下钢渣微粉UHPC的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标及弹性模量进行测试,以分析硅灰、钢渣微粉、河砂和钢纤维四种原材料掺量对其各项性能指标的影响效果。结果表明：钢纤维体积掺量对钢渣微粉UHPC的各项力学性能影响最为显著,河砂、钢渣微粉掺量影响程度较大,硅灰掺量影响程度较小;立方体抗压强度、抗折强度、静力受压弹性模量指标下的显著性影响顺序为钢纤维>河砂>钢渣微粉>硅灰,轴心抗压强度、劈裂抗拉强度指标下的显著性影响顺序为钢纤维>钢渣微粉>河砂>硅灰;经正交试验得出最佳配合比方案,按该方案制备的钢渣微粉UHPC具有良好的工作性能与力学性能。     

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。     

纤维混掺改性高强自密实混凝土试验与分析

为研究不同结构层次纤维混掺对混凝土力学性能的改善作用,以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维的掺量为参数,设计制备了纤维混掺改性高强自密实混凝土.试验表明:相较对照组,纤维改性混凝土的工作性能略有降低,而力学性能有不同幅度的提高,立方体抗压、轴压、劈裂、抗折强度的最大增幅分别为18.52％、21.10％、57.17％和54.40％.将数值分析与非线性回归结合,获得非样本纤维掺量下混凝土强度分析值的基础上,确定不同纤维的最优掺量.研究结果显示:适当掺量且分散良好的镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维混掺对高强自密实混凝土抗压、劈拉及抗折强度的提高分别存在超叠加、叠加及负混杂效应.     

钢纤维掺量对活性粉末RPC混凝土抗拉强度的影响研究

主要以不同的钢纤维掺量为研究对象,研究其对钢筋混凝土抗拉强度的影响,并进行了一系列的试验研究,主要对抗折、劈裂、轴心抗拉与抗压几个方面的强度同钢纤维掺量的关系进行了研究,在不同钢纤维掺量条件下分析了拉压比变化规律。实验结果表明,拉压比与钢纤维掺量呈正比,适量钢纤维的掺入,可使钢筋混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度等得到有效提高,钢纤维掺量的最佳含量为2.0%。     

超高性能混凝土立方体抗压强度尺寸效应

通过5种几何尺寸、3个强度等级和4种钢纤维掺量的超高性能混凝土(UHPC)立方体试件的抗压试验,研究了强度等级和钢纤维体积掺量等对UHPC立方体抗压强度及尺寸效应的影响,结果表明:UHPC立方体试件抗压强度的尺寸效应随强度等级的增加而趋于明显,R160级UHPC基体抗压强度尺寸效应度约为R120级UHPC基体的1.72...     

含粗骨料超高性能混凝土的力学性能EI北大核心CSCD

采用河砂替代石英砂并添加粗骨料的方式制备含粗骨料的超高性能混凝土(UHPC),研究不同粗骨料掺量和粒径对UHPC力学性能的影响。结果表明:粗骨料掺量的增加对UHPC基体新拌混合物的流动性具有降低作用,粗骨料粒径对新拌混凝土的流动性具有不规则增强效应;当粗骨料掺量不大于400kg/m3时,UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度呈现不同程度的增长,当粗骨料掺量继续增加,UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度出现下降;粗骨料粒径的增加对UHPC基体的立方体抗压强度和轴心抗压强度具有增强效应,而对UHPC抗折及劈裂抗拉强度影响不大。骨料掺量对UHPC基体的弹性模量具有增强效应,骨料粒径越小,弹性模量越大;UHPC初裂强度、峰值强度、初裂挠度、峰值挠度以及各阶段耗能均随粗骨料掺量的增加缓慢降低;初裂强度、峰值强度、各阶段耗能均随粗骨料粒径的增大而降低,初裂挠度与峰值挠度随粗骨料粒径的增加呈现缓慢上升的趋势;韧性指数I5、I10、I20均随骨料掺量和粒径的增加而逐渐减小。     

共聚甲醛纤维超高性能混凝土高温后残余力学性能

研究了掺入6、8、12 mm共聚甲醛纤维及钢纤维的超高性能混凝土(UHPC)高温后残余力学性能及微观结构.结果表明:400℃时,仅素混凝土发生爆裂;500℃时单掺钢纤维UHPC试件发生爆裂,单掺共聚甲醛纤维及混掺2种纤维的UHPC试件仍能保持相对完整,后者高温残余强度较高.UHPC中共聚甲醛纤维在高温蒸汽养护后,能与基...     

3D打印高延性水泥基复合材料的单轴受拉和受压行为

为探究不同成型方式对聚乙烯(PE)高延性水泥基复合材料(ECC)单轴受拉及受压力学性能的影响,基于现浇和3D打印2种成型方式,测试了现浇ECC及打印ECC的轴心受拉及轴心抗压应力-应变关系曲线.结果 表明:3D打印成型方式使得试件的极限拉伸强度略有降低,拉伸延性却有大幅提升.纤维体积掺量不变的条件下,6 mm和12mm...     

钢-剑麻混杂纤维再生混凝土断裂性能研究

为改善再生混凝土(RAC)的断裂性能，通过三点弯曲断裂试验，研究了钢纤维、剑麻纤维及钢-剑麻混杂纤维对RAC试件断裂性能的影响。同时，采用数字图像相关(DIC)技术测得RAC试件的裂缝扩展全过程。结果表明：未掺纤维的RAC试件断裂性能较差，而掺入纤维后的RAC试件断裂性能明显提升；单掺钢纤维时，试件的起裂韧度与纤维掺量无关；单掺剑麻纤维时，最佳体积掺量为0.15%,其试件的起裂荷载较未掺纤维RAC试件提高了67%。单掺纤维和混掺纤维均可提高失稳韧度和断裂能，但混掺纤维效果更佳。当体积掺量为1.0%的钢纤维和体积掺量为0.30%的剑麻纤维混杂时，其起裂韧度、失稳韧度和断裂能较未掺纤维的RAC试件分别提高了83.92%、575.86%和1 244.05%。     

不同弹性模量纤维混杂增强活性粉末混凝土的力学性能研究

为了提高活性粉末混凝土的韧性,通过掺杂不同弹性模量的纤维,制备了纤维增强混凝土。采用ASTMC1018韧性指数法,评价了增韧效果。结果表明:碳纤维能够在微观尺度上,减少混凝土中缺陷的数量,改善混凝土内部结构,增强、阻裂作用明显,基体强度较高。钢纤维在宏观尺度上,对于混凝土的阻裂作用明显,混凝土的延展性显著提高。混掺碳-钢纤维,虽然能提高基体的初裂强度,但是韧性却有所降低。     

不同几何尺寸纤维对水泥浆体性能的影响

选用碳纤维、微细钢纤维和普通钢纤维三种不同几何尺寸纤维,通过抗压抗折实验以及抗弯荷载曲线等方法,研究了它们对水泥基最基本层次水泥浆体的作用效果.研究结果表明,在相同体积掺量时,水泥净浆抗折与抗压以及抗弯强度均按普通钢纤维、微细钢纤维、碳纤维的次序递增,增韧作用则按此次序递减;不同掺量的同种纤维,其抗折强度与抗压强度则随纤维掺量的递增而提高;采用声发射试验,能较好地反映不同几何尺寸的纤维对净浆的增强与增韧作用.     

基于正交试验的聚丙烯泡沫混凝土基本力学性能研究

通过正交试验，研究了聚丙烯泡沫混凝土(PPFC)的基本力学性能及应力-应变本构关系。研究表明：在试验变量范围内，增加聚丙烯纤维(PP)体积掺量(0.5%、1.0%和1.5%),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均依次降低；增大PP长度(3、6和9 mm),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均先增大后减小；PPFC试件立方体抗压强度随粉煤灰(FA)质量掺量(40%、45%和50%)增加先增大后减小，轴心抗压强度和劈裂抗拉强度随FA掺量增加均依次减小。基于直观分析法，可得正交试验最优配合比组合为A₁B₂C₂,即PP体积掺量为0.5%,PP长度为6 mm, FA质量掺量为45%。PPFC受压试件破坏形态均为压剪破坏，破坏裂缝主要为斜裂缝，并伴有竖向裂缝，破坏面一般为斜面破坏；劈裂受拉试件破坏形态均为劈裂破坏，破坏裂缝均为沿荷载施加方向的竖向裂缝。基于单因素变量法可得，增加PP体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均先增...