搅拌过程和流变性对水泥基材料中纤维分布及力学性能影响

纤维增强水泥基设计复合材料( ECC)具有高延性特征,而成型过程影响纤维在水泥基体内分布状态,进而影响ECC获得高延性性能的稳定性。本文综述了ECC搅拌过程和拌合状态下的流变性能对纤维分布的影响,重点分析了塑性黏度和屈服应力对纤维分布及力学性能的影响。结果表明：后加纤维的搅拌过程是ECC成型过程中纤维分布的最优方式;良好的塑性黏度是保证纤维均匀分布的关键,屈服应力影响纤维分布及取向分布;综合调整ECC的流变性可以保证纤维均匀分布,使硬化后ECC获得稳定的高延性。     

工程水泥基复合材料动态力学性能及抗爆抗冲击能力研究进展

工程水泥基复合材料(ECC)是一种基于微观力学设计的新型纤维增强水泥基材料,它通过连续稳态开裂过程表现出超高延性和韧性,从而克服了普通水泥基材料抗拉能力弱、易开裂的缺点。本文综述了ECC设计机理、动态力学性能及其在抗爆抗冲击方面的研究现状,分析了材料组分设计、高应变率和高温环境对ECC性能的影响,对ECC材料在抗爆抗冲击领域的进一步研究和发展提出了建议。     

基于深度学习的高延性水泥基复合材料单轴拉伸裂缝检查与特征定量化识别

对高延性水泥基材料(ECC)的裂缝特征进行准确识别和测量是研究ECC力学性能与耐久性的重要手段。针对ECC裂缝数量多且细密，纤维噪声干扰重等问题，基于深度学习方法，采用适合于小样本数量生物图像识别的U-Net模型，加上部分Res Net网络层结构进行优化，结合新增制作的适用于ECC的数据集，训练神经网络模型，进行语义分割获取裂缝像素。针对裂纹参数提取问题，使用骨骼提取方法，结合数字图像处理流程，运用CLAHE滤镜和半峰全宽概念获取裂缝宽度，实现了混杂纤维ECC狗骨试件和ECC连接板的裂缝识别与参数提取。结果表明：采用深度学习方法建立的ECC裂缝识别与智能检测方法与实际手工测量误差范围在0.6 mm以内。研究成果可为ECC裂缝检查与特征定量化识别提供准确有效和高通量的分析方法。     

纤维对再生砖混ECC力学性能及微观结构的影响

为促进不同粒径再生砖混骨料的多元化利用，本试验采用再生砖混细骨料完全代替石英砂，采用不同掺量聚丙烯纤维制备再生砖混工程水泥基复合材料(ECC),研究其受力破坏特征、强度影响机理及微观结构对力学性能的影响。结果表明：未掺纤维的再生砖混ECC的失效模式为脆性破坏，而掺纤维的再生砖混ECC受拉时具有明显的应变硬化特征，随着纤维掺量的增加，其抗折强度、极限抗拉强度和极限拉应变持续增大，抗压强度呈先增大后减小趋势，表现出良好的延性和韧性破坏特征；再生砖混ECC的孔隙率在11.28%～13.68%,通过SEM观察，发现纤维与再生砖混ECC黏结性能较好，纤维破坏模式主要为拔出和拉断破坏，开裂后应变硬化拉伸幅度和拉伸强度低于普通ECC混凝土；新旧浆体界面黏结性能相对薄弱，破坏时微裂缝容易在界面过渡区产生和发展。     

钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究

纤维增强延性水泥基材料(ECC)造价昂贵,在实际工程应用中尚未被推广。在传统ECC体系中加入钢纤维,并按照不同体积分数(0%、25%、50%、75%、100%)将国产PVA纤维替代日产PVA纤维,制备极具性价比的钢-PVA混杂纤维增强延性水泥基材料,通过立方体轴心抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学性能。结果表明：随着国产PVA纤维的增加,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的抗压强度先减小后增加,抗压韧性指数先增强后减弱,而峰值应变提升效果较为显著;相较于普通水泥基材料,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料具有更好的完整性和延性;综合材料抗压性能与材料造价,国产PVA纤维替代日产PVA纤维配制钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料可以实现功能价值和经济价值的协同最大化。     

ECC的材料组成与性能关系分析

通过设计10组配合比研究了不同PVA纤维掺量、水胶比和粉煤灰掺量对工程水泥基复合材料(ECC)强度(压缩、拉伸和弯曲)和韧性性能的影响,并进行了材料组成与性能关系分析.其中使用四点弯曲薄板来研究ECC的弯曲韧性,使用ASTM-C1018和DBV中提出的韧性指标来量化ECC的韧性特征.结果表明:ECC的抗压强度主要取决于粉煤灰置换率和水胶比,而抗拉强度和弯曲强度则主要依赖于PVA纤维体积掺量,且纤维掺量控制ECC的应变硬化和软化行为.虽然PVA纤维掺量的提高可以略微提高ECC的弹性模量,但主要还是受粉煤灰掺量控制.     

ECC动力学性能及动态本构关系研究进展

从ECC优异的力学性质出发,综述了国内外学者对ECC动态性能以及动态本构关系方面的研究进展,总结分析大量学者的试验结果得出温度、应变率、纤维类型以及纤维与基体之间的界面黏结力是影响ECC动态力学表现的主要因素,并从微观的角度分析了ECC各个组分与应变率的依赖性,为ECC动态本构关系的研究提供了依据.当前关于ECC动态本构模型的研究多是以现有混凝土动态本构关系为参考,通过试验数据拟合得到的经验型公式,其中改进ZWT模型和修正HJC本构模型被学者们普遍接受.以ECC实际特性为指标,评述了两种模型的优缺点,并提出现有模型最优适用范围,为有关学者研究ECC动态力学特性以及为ECC在更广阔的领域推广应用提供参考.     

棕榈纤维加筋植被混凝土三轴试验研究

研究棕榈纤维对植被混凝土干湿循环下的抗剪强度及抗变形能力的影响,为提高植被混凝土基材长期稳定性提供必要的科学依据.以植被混凝土基材为研究对象,以未掺入纤维的试样为空白对照样,按0.2％、0.4％、0.6％和0.8％配比掺入棕榈纤维,开展不固结不排水三轴试验,在0次、5次和10次干湿循环下,探讨棕榈纤维加筋基材的抗剪强度特性和应力-应变关系.试验结果表明,棕榈纤维加筋可改善基材破坏性能,使其从脆性破坏变为延性破坏;棕榈纤维掺入量为0.4％时,纤维加筋基材的强度增强效应最佳;棕榈纤维加筋提高了基材的残余强度,降低了基材的软化特性.此外,加筋基材的应力-应变曲线可采用应变软化模型描述.     

高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料。ECC在受力过程中,由于开裂处纤维的桥联作用以及纤维与基体间传递应力时裂缝能够稳定扩展,使得ECC表现出明显的多缝开裂特性和应变硬化行为。因此,ECC相对于传统的纤维增强水泥基复合材料具有更好的力学性能和耐久性。本文对ECC的微观力学设计理论、基本力学性能、耐久性以及工程应用进行了综述,介绍了4种具有特殊性能的新型ECC,最后就ECC所存在的材料选取、制备工艺和测试方法等方面的不足进行了评述和展望。     

改性PVA纤维对ECC静力学特性及破坏形态的影响试验研究

为研究表面改性聚乙烯醇（PVA）纤维对ECC静力学特性及破坏形态的影响,对不同纤维掺量的ECC进行了抗折强度、抗压强度及劈裂抗拉强度试验。结果表明：在标准条件下养护28天后,纤维的加入能显著改善水泥基复合材料的力学特性指标,试件的抗折强度、抗压强度及劈裂抗拉强度均与纤维掺量呈正相关,相较之下,纤维掺量对抗压强度的影响最小。改性PVA纤维能显著减轻水泥基复合材料的破坏程度,极大地改善水泥基复合材料的脆性,相较于基体材料,ECC具有较好的延展性和韧性,吸能效果较好。     

高掺量粉煤灰PVA-ECC的力学性能研究及粉煤灰作用机理分析

主要研究了高掺量粉煤灰对PVA-ECC力学性能的影响,对粉煤灰掺量分别为40%、50%、60%情况下PVA-ECC的抗压强度、薄板四点弯曲性能等进行试验研究,并分析了粉煤灰在ECC中的作用机理.结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,ECC的抗压强度呈降低趋势,四点弯曲试验中ECC试件的初裂荷载和峰值荷载降低,跨中挠度增加,且裂缝宽度减小;高掺量粉煤灰下,纤维长度对ECC抗压强度和延性有较大的影响,掺12 mm纤维的PVA-ECC在保证强度的同时,可获得较高的延性和韧性.     

SMC基材粘接用双组分聚氨酯胶粘剂的研制

研究了用于粘接SMC(纤维增强塑料)基材的双组分PU(聚氨酯)胶粘剂的配方,考察了PU预聚体、硅烷偶联剂、EP(环氧树脂)和表面处理方式等对胶粘剂在SMC基材上的粘接强度和硬度的影响。研究结果表明:加入PU预聚体、硅烷偶联剂和EP后,PU胶粘剂对SMC基材的粘接效果明显改善,剪切强度增大,基材破坏率达到100%。     

不同加工工艺对ABS金属闪光效果影响的研究

采用铝粉颜料、硅酸铝系珠光粉、红色染料与(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)树脂共混的方法制备了具有金属闪光效果的ABS材料,研究了螺杆组合、不同塑料基材、二次加工、挤出温度、螺杆转速等对ABS金属闪光效果的影响,通过光学显微镜对各体系的微结构进行观察.研究发现,铝粉在ABS基材中沿流动方向取向分布,且螺杆组合与不同塑料基材对金属闪光效果的影响较大.不同的螺杆组合决定了铝粉及硅酸铝在ABS中的粒径与分布,而不同的塑料基材则从基材本身透明度的不同导致了视觉效果的差异.     

基材表面处理对聚氨酯合成革剥离强度的影响

选择不同树脂和用量的硅烷偶联剂KH550对涤纶纤维平纹基材进行表面处理,研究了不同处理工艺对聚氨酯合成革剥离强度的影响。结果表明,对涤纶纤维平纹基材来说,聚氨酯溶液打底胶处理的基材合成革剥离强度更高;随着硅烷偶联剂加入量的提高,合成革剥离强度提高。     

高吸水性树脂对高延性水泥基材料性能的影响

分别采用干拌与预吸水拌合两种方式将高吸水性树脂(SAP)加入高延性水泥基材料(ECC)浆体，分析不同掺量及拌合方式下SAP对ECC的极限拉伸应变、抗拉强度、约束收缩和韧性等性能的影响。结果表明：以干拌方式加入SAP可以显著提升ECC浆体的塑性黏度，降低浆体流动性，以预吸水拌合方式加入SAP会降低ECC浆体的塑性黏度，增加浆体流动性，更易于成型；以干拌方式加入SAP的ECC试件初裂强度和抗拉强度更高，韧性更优异，以预吸水拌合方式加入SAP的ECC试件极限拉伸应变更高，对约束收缩性能的改善效果更好；加入SAP可以明显提高ECC试件的拉伸应变能力和韧性，所有掺入SAP的ECC试件均具有良好的延性，极限拉伸应变均在3%以上，加入SAP的ECC试件极限拉伸应变相比对照组提高了62.0%～99.0%。     

高延性纤维增强水泥基复合材料的研究进展及应用

高延性水泥基复合材料(engineered cementitious composite,ECC)是经系统的微观力学设计,在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料.综述了ECC的研究进展,介绍了配筋ECC结构的耐久性、安全性及可持续性等混凝土必须满足的关键性能.根据ECC近来的应用情况及在工程上推广应用的需要,总结了ECC长期性能方面的研究结果.     

高延性水泥基复合材料的断裂性能分析

实验测试了不同纤维掺量下的高延性水泥基复合材料的载荷—挠度曲线,并对试件加载过程中的声发射信号进行收集,分析了试件断裂后的裂纹分布及纤维在基材中的破坏形式。结果发现:(1)当纤维体积掺量2.0%时,水泥基材的极限挠度、极限抗弯承载力分别可达20.16mm、19.47MPa;(2)高延性水泥基复合材料破坏主要来自于微裂纹的萌生、扩展以及损伤积累过程,试件从加载至完全破坏的时间为素水泥基复合材料破坏持续时间的2~5倍;(3)高延性水泥基复合材料中纤维的破坏以纤维被拔出和纤维被拉断两种模式,试件表现出明显的多缝开裂特征。     

铜纤维长径比的分布对复合材料性能的影响

以ＨＤＰＥ为基材，选用冷拉法铜纤维为填料，建立了长径比的测定方法，采用概率和数理统计证明纤维长度的分布状态符合正态分布，成型加工条件对铜纤维的长径比和分布有明显革影响，不同长径的铜纤维对复合材料的性能影响也不同。     

经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展

基于微观力学理论设计的工程水泥基复合材料(ECC)具有应变硬化行为和多重开裂特性，其极限拉伸应变是纤维增强混凝土的500倍，具有优异的裂缝控制能力，可显著提高混凝土结构的力学性能和耐久性能。然而，有限的原材料产地和高昂的生产成本限制了ECC的广泛应用。基于此，本文回顾了ECC的相关文献，论述了利用本地原材料甚至是再生废弃材料制备出满足性能要求ECC的可行性，讨论了胶凝材料、骨料和纤维材料对ECC力学性能的影响规律以及作用机理。此外，探讨了ECC的研究方向，以期为日后的研究提供参考。     

FRP筋高韧性纤维混凝土复合结构抗震性能研究进展

高韧性纤维混凝土(ECC)具有优异的韧性、卓越的耗散能力及裂缝无害化分布的特点,在结构抗震中有极其优良的性能;FRP筋强度高,耐腐蚀性好。当两者结合起来使用时不仅克服了普通混凝土的不足,还能满足结构耐久性和特殊性能的要求。介绍了FRP筋与ECC之间的粘结工作机制,及其组成构件和结构的抗震性能。国内外研究表明,在抗震结构中使用FRP筋ECC构件,可以减少残余变形,提供相对大的弹性变形的能力。最后简要概述了针对FRP筋ECC复合结构抗震性能评价的综合性能指标法,提出了还需进一步研究完善的方向。