冻融循环下纤维再生混凝土与BFRP筋粘结强度试验研究

为了研究纤维再生混凝土和BFRP筋间的粘结强度,本文通过54个试件中心拉拔试验,研究单掺玄武岩纤维、聚丙烯纤维、混杂玄武岩-聚丙烯纤维和冻融循环对再生混凝土与BFRP筋粘结强度的影响.结果表明:单掺玄武岩或是聚丙烯纤维都会不同程度地降低粘结强度,但降低效果不显著;掺入混杂纤维时,若体积掺量小于某一临界值,可以提高粘结强度,但掺量过多时,粘结强度降低;在冻融循环条件下由于冻融次数增加,混凝土会发生二次水化作用,导致极限粘结强度得到提高.     

三元纤维混掺增强高性能混凝土弯曲韧性及评价方法

选用端钩型钢纤维、单丝聚丙烯纤维和纤维素植物纤维,进行了共28组普通素混凝土、单掺、二元及三元纤维混掺增强高性能混凝土的梁三分点加载弯曲韧性试验.绘制了梁受弯荷载-挠度全曲线和底部弯拉应力-应变曲线,结合规范法和文献法分别计算了各纤维混凝土梁的弯曲韧性指标,分析了纤维掺量及混掺方式对混凝土弯曲韧性的影响.结果显示,所有方法计算混凝土弯曲韧性指标结果相近;相较普通素混凝土,纤维的掺入可显著提升混凝土的弯曲韧性,随着纤维掺量增加,三种单掺纤维混凝土试件弯曲韧性指标分别大致呈"先增后减"、"递增"及"递减"趋势;纤维增强混凝土弯曲韧性由强到弱依次为钢纤维,聚丙烯纤维,纤维素纤维;二元纤维混掺时,混凝土弯曲韧性大幅优于素混凝土,而与其对应单掺试件互有增减,当纤维组合为钢纤维1.92％和聚丙烯纤维0.4％时,二元纤维混凝土弯曲韧性指标相较单掺纤维混凝土提升最明显;三元纤维混掺时,混凝土弯曲韧性优于所对应单掺、二元混掺试件,其中PCSm值相较普通素混凝土、单掺纤维和二元纤维混掺试件提升1335倍、6.71倍、1.89倍;三种纤维最佳体积掺量组合分别为1.92％,0.31％和0.24％.     

超细钢-聚丙烯混杂纤维混凝土力学性能研究

为研究超细钢-聚丙烯纤维对混凝土力学性能的影响,进行了9组超细钢-聚丙烯混杂纤维混凝土试件的立方体抗压强度和劈裂强度试验,分析了超细钢纤维、聚丙烯纤维体积掺量对混凝土力学性能的影响。结果表明:混杂纤维的掺入使混凝土的立方体抗压强度、劈裂强度及拉压比均有提高,混杂纤维混凝土破坏产生明显延性特征;超细钢纤维体积掺量对混凝土力学性能的影响最大,混凝土强度及拉压比随超细钢纤维掺量增加而增大;聚丙烯纤维体积掺量增加对混凝土力学性能的影响并非线性提高,混掺0.1%聚丙烯纤维和1.5%超细钢纤维的混凝土获得最佳力学性能,抗压强度提高19.42%,劈裂抗拉强度提高56.78%,拉压比提高30.16%。     

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.     

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%。     

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%。     

基于DIC的BFRC受压损伤特性及本构模型研究

采用数字图像相关(DIC)技术对玄武岩纤维混凝土(BFRC)受压过程中试件表面应变场进行计算,分析了试件表面水平应变云图变化情况,得到了BFRC受压损伤演化规律;通过对水平应变场统计分析,利用应变场标准差统计指标定义损伤演化因子,得到不同纤维掺量下BFRC损伤演化曲线;同时,基于应变等效原理及损伤演化因子,推导出BFRC单轴受压损伤本构模型,通过对比试验与模型曲线,发现两者吻合较好,该模型在峰值应变之前可有效描述BFRC单轴受压下损伤演化过程;对比曲线发现玄武岩纤维可有效提高混凝土峰值应力及峰值应变,提高其变形能力,并具有延缓损伤作用.     

钢-聚丙烯混杂纤维再生混凝土弯曲韧性研究

为了研究纤维对再生混凝土(RAC)的增韧效果,取体积掺量为0.5％、1.0％、1.5％的钢纤维和0.6％、0.9％、1.2％的聚丙烯纤维以单掺和混掺的方式掺入RAC中,采用四点弯曲试验对其弯曲性能进行研究,并分析了其微观增韧机理.结果表明:钢纤维和聚丙烯纤维的掺入对RAC弯曲破坏时承受的最大荷载、初裂挠度及韧性指数均有很大的改善,且混杂纤维改善效果优于单掺纤维.当钢纤维体积掺量为1.0％聚丙烯体积掺量为0.9％时,混杂纤维再生混凝土表现出良好的混杂效应,对弯曲性能的改善最为理想.     

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.     

基于压电陶瓷的地聚合物砂浆强度发展监测研究

将压电陶瓷(PZT)智能骨料成对嵌入地聚合物砂浆试件内部,利用主动感应法监测不同龄期地聚合物砂浆压电应力波信号,将时域信号图分析和小波包能量分析相结合,探讨了压电信号能量变化与地聚合物砂浆强度变化的对应关系。时域信号图分析表明,随着地聚合物砂浆养护龄期的增加,压电陶瓷智能电压幅值逐步增加,反映了地聚合物砂浆抗压强度的变化过程。小波包能量分析表明,随龄期的增加,地聚合物砂浆抗压强度变化过程与压电信号幅值计算总能量具有一致性。基于地聚合物砂浆抗压强度试验结果与压电陶瓷应力波所计算的能量值,拟合出地聚合物砂浆强度与压电应力波信号计算总能量的相关函数关系。     

凝结硬化期扰动对混凝土受压声发射特性的影响

为了解凝结硬化期间的扰动对混凝土损伤的影响,对处于初凝至终凝阶段的混凝土进行了模拟扰动试验,全程采集了受扰混凝土受压破坏过程产生的声发射信号。通过比较不同试件的声发射特征参数,研究了不同受扰龄期的混凝土在单轴受压条件下的声发射特性,并基于水泥混凝土结构形成动力学对受扰混凝土损伤机理进行了分析。结果表明:扰动使混凝土内部产生了不同程度的损伤,其中凝结硬化中期的扰动对混凝土性能影响较大,使混凝土峰值应力降低25.1%,损伤度达到14.2%,临近初凝和终凝的扰动对混凝土影响较小;与基准混凝土相比,受扰试件在加载初期声发射能量释放率较小,声发射活跃区间出现在加载后期。对于凝结硬化中期受扰的混凝土试件,在相对应力水平小于50%时,未采集到明显的声发射信号,此试件其声发射速率参数a值最小,过程参数b值最大。     

风电叶片复合材料在三点弯曲过程中的声发射研究

为研究风电叶片复合材料损伤破坏的声发射特性以及复合材料的力学性能,对含有纤维预断试件和无纤维预断的完好试件分别进行了三点弯曲力学性能试验,并在加载过程中采用声发射检测仪实时监测整个损伤破坏过程。对采集到的声发射信号处理分析,便可获得风电叶片复合材料的弯曲力学性能和损伤破坏的声发射特性。试验结果表明:玻璃纤维复合材料在弯曲载荷作用下出现典型的破坏特征包括纤维断裂、纤维/基体脱胶和纤维分层。纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度达到2.5 V,频带分布在20~300 k Hz范围;无纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度为0.07 V,频带分布在10~180 k Hz之间。     

实时高温下钢纤维混凝土的力学特性及其声发射响应

对普通混凝土、钢纤维混凝土进行高温下的单轴压缩试验,采用声发射技术对混凝土在高温下的实时损伤进行全程监测.研究结果表明,相比于同温度段普通混凝土,在力学性能方面,20～600℃四个温度段钢纤维混凝土的抗压强度分别提高了12.07％、4.15％、11.25％、3.24％,残余强度分别提高了2.67 MPa、3.51 MP...     

混杂纤维自密实混凝土孔结构对抗压强度影响的试验研究

采用压汞法对混杂纤维自密实混凝土进行微观孔结构试验,并进行抗压强度试验,分析了混杂纤维自密实混凝土孔结构的孔隙率、孔径尺寸与级配、孔分布特征与强度的关系,得出混杂纤维自密实混凝土孔结构与抗压强度的关系趋势.研究结果表明,在自密实混凝土中混杂掺人玄武岩纤维和聚丙烯纤维,其微观孔结构的改善对抗压强度的提高有着直接的影响.     

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

玄武岩-粗聚丙烯纤维干硬性混凝土拉压性能试验研究

混杂纤维增强干硬性混凝土在国内外已有广泛的应用,纤维配比是影响其拉压性能的主要因素之一。为研究玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维配比对干硬性混凝土拉压性能的影响,将玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维单掺或按不同比例混合掺入干硬性混凝土中,开展不同养护龄期下纤维混凝土的抗压、劈裂抗拉试验,分析纤维混杂增强效应,并基于成熟度理论修正养护龄期,优化玄武岩-粗聚丙烯纤维干硬性混凝土的劈裂抗拉强度预测模型。结果表明:玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维的掺入不仅提升了干硬性混凝土抗压、劈裂抗拉性能,而且纤维的桥接作用能明显改善混凝土的脆性破坏特征,其中玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维混掺配比为1 ∶2(质量比)时最为明显,表现出了最优的纤维混杂正效应。根据等效龄期-抗压强度关系式计算得到的混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度具有更好的幂函数关系,该模型便于计算及预测不同养护温度条件下玄武岩-粗聚丙烯纤维干硬性混凝土的拉压性能。     

混杂纤维混凝土的耐硫酸盐腐蚀性能研究

为了研究混杂纤维混凝土抗硫酸盐腐蚀性能,对聚乙烯纤维(PE)与聚丙烯粗合成纤维(HPP)混凝土进行硫酸盐干湿循环腐蚀和长期浸泡侵蚀试验,采用形貌损伤、质量损失、相对动弹性模量和抗压强度等宏观测试方法研究了混杂纤维混凝土耐硫酸盐腐蚀性能,并结合SEM微观结构测试技术分析了其腐蚀机理.结果表明:不同纤维掺量的混凝土在硫酸盐腐蚀作用下均出现了不同程度的损伤,其干湿循环的腐蚀作用较长期浸泡腐蚀混凝土的腐蚀损伤更为明显;长期浸泡腐蚀作用时,450 d素混凝土抗压强度可达到60 MPa,各纤维混凝土抗压强度均可达到70 MPa,但在干湿循环腐蚀作用下,聚乙烯纤维和聚丙烯粗合成纤维以0.8%+1.2%掺入时,混凝土抗压强度也可达到70 MPa;纤维对于混凝土内部结构应力的缓解,孔隙、通道等缺陷的分散以及纤维之间的捆绑桥联都显著的提高了混凝土抗硫酸盐腐蚀性.     

纤维轻骨料混凝土冻融损伤模型研究

选用钢纤维、聚丙烯纤维及混杂纤维掺入轻骨料混凝土进行抗冻性试验.对冻融循环试验结果研究,提出基于动弹性模量衰减的纤维轻骨料混凝土冻融损伤模型.比较发现模型采用直线方程与一元二次方程的分段型数学模型拟合精度高.并根据损伤理论分析掺入不同纤维对轻骨料混凝土冻融损伤速度的影响,结果说明掺人混杂纤维优于聚丙烯纤维及钢纤维.