弯曲荷载下玄武岩纤维混凝土疲劳寿命与韧性分析

为研究弯曲荷载下的玄武岩纤维混凝土(basalt fiber reinforced concrete, BFRC)的疲劳寿命方程和疲劳韧性,以不同玄武岩纤维体积百分比掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)设计5组棱柱体混凝土小梁,对该批混凝土小梁试件进行不同应力水平下(0.6,0.7和0.8)的三点弯曲加载疲劳试验。结果表明,不同掺量的玄武岩纤维混凝土弯曲疲劳寿命均服从两参数威布尔分布。同一应力水平下,玄武岩纤维混凝土的弯曲疲劳寿命远高于素混凝土的,其弯曲疲劳寿命随玄武岩纤维掺量增加逐渐提高。通过威布尔分布的参数分析,得到不同可靠性概率要求的玄武岩纤维混凝土双对数弯曲疲劳寿命方程。随着混凝土试件可靠性概率要求的提高,其相应的疲劳寿命方程曲线逐渐向左侧偏移,表示其疲劳寿命在减小。从荷载做功的原理对玄武岩纤维混凝土的疲劳韧性进行分析,结果表明,玄武岩纤维提高了混凝土的疲劳韧性,纤维掺量越高,其相对疲劳韧性越大。     

PVA纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究

聚乙烯醇(PVA)纤维是一种具有高抗拉、高弹模,亲水性好,特别是与波特兰水泥有良好的相容性等特点的新型纤维.为配制出高韧性、大变形纤维增强水泥基复合材料,试验介绍了PVA纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸性能和弯曲韧性,试验结果表明:PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用,能够显著提高水泥基复合材料的抗裂性能和变形能力;PVA纤维可明显改善混凝土弯曲韧性,且PVA纤维混凝土的弯曲韧性指数明显高于聚丙烯(PP)纤维混凝土.     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石力学性能试验研究

为了研究聚丙烯纤维对水泥稳定碎石力学性能的影响,对聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压回弹模量、抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量进行了测试,给出了聚丙烯纤维体积掺量合适的建议范围为0.06%~0.08%.同时根据试验结果的回归分析,得出了聚丙烯纤维体积掺量与聚丙烯纤维水泥稳定碎石各力学性能指标的关系式.试验结果表明:聚丙烯纤维的掺入对水泥稳定碎石的各种强度均有一定的提高,能有效地减小抗压回弹模量和抗弯拉弹性模量,提高了其抗变形能力;在聚丙烯纤维体积掺量小于0.1%的范围内,随着纤维掺量的增加,水泥稳定碎石各种强度有增加的趋势,而其抗压回弹模量和抗弯拉弹性模量是逐渐降低的.     

聚丙烯纤维水泥稳定粒料抗冲刷性能试验研究

利用MTS材料测试系统,对不同纤维长度和掺量下的聚丙烯纤维水泥稳定粒料的抗冲刷性能进行了试验研究,并与普通水泥稳定粒料进行了对比,分析了纤维的增强机理.结果表明,聚丙烯纤维的掺入显著提高了水泥稳定粒料的抗冲刷性能,合理纤维配比下,提高幅度达40%以上;短时间不如长时间的冲刷试验更能准确反映材料的抗冲刷性能;纤维对水泥稳定碎石抗冲刷性能的增强效果优于对水泥稳定砂砾的增强效果.最后,推荐了一组经济合理的纤维配合比.     

水泥稳定碎石基层材料旋转冲刷性能及技术标准

针对目前水泥稳定碎石基层材料抗冲刷试验难于操作和低效率等问题,开发一种水泥稳定碎石基层材料旋转冲刷试验设备,应用FLUENT软件对试件受到的冲刷力进行了数值模拟分析,得出不同冲刷工艺下试件冲刷面受到的冲刷力在8~50 kPa之间;根据不同试件浸水高度、冲刷频率和冲刷时间对试件冲刷效果的影响研究,提出了最佳旋转冲刷试验参数;研究了试件的无侧限抗压强度、空隙率和压实度对试件冲刷破坏的影响。结果表明:冲刷质量损失率随着无侧限抗压强度的增加呈线性减小,从抗冲刷角度而言,水泥稳定碎石的抗压强度不宜小于4.0 MPa,水泥剂量不宜小于4.5%;冲刷质量损失率随着空隙率的增加呈“U”形变化,抗冲刷最佳空隙率在2.5%~5.0%之间;压实度提高,试件的抗冲刷能力明显增加,最低压实度应大于98%;根据有限元模拟基层顶面脱空对路面结构疲劳寿命影响的分析结果,以沥青面层疲劳寿命降低幅度40%~60%为原则,提出了水泥稳定碎石抗冲刷技术标准。     

超高泵送钢纤维混凝土的初裂强度和弯曲韧性

参照美国材料与试验协会(ASTM)试验方法,对满足超高距离泵送要求且抗裂性能优异的纤维混凝土的初裂强度和弯曲韧性进行了研究。借助弯曲荷载-挠度全曲线,分析了纤维掺量和类型对韧性指数和初裂荷载的影响。结果表明,钢纤维混凝土的抗弯初裂强度、极限强度和弯曲韧性均随纤维掺量的增大而提高。其中,纤维体积率为0.8%,泵送高度达306 m的钢纤维混凝土的初裂强度和极限强度比基准混凝土分别提高了15.6%和31.4%,韧性指数I5提高5.22倍,I10提高8.7倍,I20提高12.39倍。     

纤维水泥稳定碎石抗裂机理分析简

分析了水泥稳定碎石抗裂性国内外研究现状。通过对纤维的抗干缩、抗温缩、限裂和增强作用的机理分析,得出：在路基结构基层的水泥稳定碎石材料中掺入一定量的纤维,可以提高水泥稳定碎石材料的抗干缩、抗温缩、限裂、提高抗拉强度等性能。     

水泥稳定碎石缩裂机理及在级配设计中应用

为了提高水泥稳定碎石抗裂性能,分析了水泥稳定碎石缩裂机理和组成结构对其影响,提出了水泥稳定碎石级配设计思路和骨架密实型水泥稳定碎石基层材料设计方法。室内外试验研究结果表明:与规范中悬浮密实级配水泥稳定碎石相比,骨架密实型水泥稳定碎石的抗压强度和抗拉强度分别提高了55%和37%,温缩系数和干缩系数分别降低了17.8%和31.5%,试验路平均横向裂缝间距提高了近1倍左右。研究结论:骨架密实型水泥稳定碎石具有良好的路用性能,尤其是抗裂性能,有着良好的应用前景。     

橡胶颗粒水泥混凝土与基质混凝土路用性能对比分析

为改善路用水泥混凝土变形能力差、韧性小等传统缺陷,在混凝土中加入橡胶颗粒形成橡胶颗粒混凝土;对橡胶颗粒混凝土与普通混凝土的弯拉模量进行对比分析,采用有限元的方法分析两种混凝土的阻尼变化,采用三点弯曲小梁试验对两种混凝土的疲劳性能进行对比试验,采用车辙试验方法验证橡胶颗粒混凝土的抗剥蚀性能;根据试验取得的力学参数,应用AASHTO的MEPDG2002设计方法,预测两种混凝土路面在设计年限末期的路面破损状态.结果表明:橡胶颗粒水泥混凝土抗折强度下降3%,弯拉模量比普通水泥混凝土降低了12%,阻尼比提高了30%,疲劳寿命有大幅度提高,而且并没有发生表面剥蚀现象,橡胶水泥混凝土面板的断板率与普通混凝土相比降低了30%,路面的平整度好.橡胶颗粒混凝土路面能克服传统水泥路面的缺陷,具有优良的路用性能.     

柔性纤维混凝土的疲劳特性研究

将柔性纤维掺入水泥混凝土可以大幅度提高混凝土的弯曲疲劳等路用性能,并通过试验建立了柔性纤维混凝土的疲劳方程.结果表明,柔性纤维不但能使混凝土的强度提高,更主要的是可以在重交通条件下,可成倍地提高混凝土的弯曲疲劳寿命.     

水泥稳定碎石疲劳的破坏力学分析

结合断裂力学和损伤力学的方法对水泥稳定碎石小梁疲劳寿命进行了分析。用有限元对小梁试件断裂韧度进行了计算,给出了拉应力控制的损伤演化方程,根据小梁疲劳试验的部分数据基于断裂韧度控制指标反算了损伤演化方程的系数,并用小梁疲劳试验的剩余数据对该损伤演化方程的寿命预估精度进行了验证。结果表明,用有限元计算小梁的断裂韧度具有足够的精度,基于断裂韧度为控制指标的损伤演化方程比常用的S—N方程具有更好的寿命预估能力。这种方法对小梁疲劳试验数据分析引入了力学参量,可以为实际道路结构中的寿命预估提供计算模型。     

不同纤维层布式钢纤维混凝土抗弯韧性的研究

研究了相同配合比下不同长径比和不同品种钢纤维对层布式钢纤维混凝土的弯拉强度和韧性影响规律，分别运用日本JCI和美国ASTM韧性指数法计算各层布式钢纤维混凝土的韧性，结果表明层布式钢纤维混凝土具有良好增强和增韧双重效应。最后比较各种纤维的优劣，从中选取较佳纤维。     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

纤维素纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性

研究了纤维素纤维UF500增强混凝土的抗弯韧性,同时进行了合成纤维、钢纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性试验,测定了纤维混凝土梁的荷载一挠度全曲线.基于美国ASTM方法,分析了纤维素纤维、合成纤维、钢纤维及其混杂纤维增强混凝土的弯曲韧性.研究表明,纤维素纤维可提高混凝土抗弯韧性和变形能力,韧性指数I_5、J_(10)分别比素混凝土提高了3.0和5.8倍;在纤维体积率相同情况下,纤维素纤维混凝土抗弯韧性高于聚丙烯纤维混凝土;纤维素纤维和钢纤维混杂使用显著改善了混凝土的韧性和变形性能,使混凝土由脆性破坏变为延性破坏.     

聚酯纤维对水泥碎石强度影响的试验研究

为研究聚酯纤维的掺入对水泥碎石强度产生的影响,通过试验获得水泥碎石抗压、劈裂强度随纤维掺量的变化规律,分析了聚酯纤维对水泥碎石强度影响的作用机理,提出基于强度指标的最佳纤维掺量．试验结果表明：劈裂强度比抗压强度对纤维掺量更为敏感,最佳纤维含量在0．70×10^-3左右．     

玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的断裂性能

为探讨玄武岩纤维混凝土(BFRC)的断裂性能,采用《水工混凝土断裂试验规程》的三点弯曲梁法,制作缝高比为0.4的不同纤维长度及掺量的混凝土试件,利用MTS试验机对试件进行加载试验,得到玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的试验结果,并对P-CMOD曲线、起裂韧度、失稳韧度及断裂能等断裂参数进行分析,结果表明：掺入玄武岩纤维后,试件的断裂性能得到了提升,纤维掺量越多,纤维长度越长,P-CMOD曲线的下降段越饱满;纤维长度为18 mm、掺量为1.5%的试件起裂韧度及失稳断裂韧度的提升最为明显;纤维长度为12 mm、掺量为1.5%的试件断裂能最大。     

PVA纤维增强水泥基复合材料的性能试验研究

通过单轴抗压试验、直接拉伸试验、四点弯曲试验、抗折试验对不同配比和不同试件形状的PVA纤维增强水泥基复合材料进行力学性能试验研究,结果表明：加有PVA纤维的水泥基复合材料的抗压强度提高不大,大约是10%,而抗拉强度和抗弯强度则提高很多,且出现了许多细小裂缝,呈现出应变硬化特性,极限拉应变可达1.8%;利用直板型试件做直接拉伸试验比胫型试件做直接拉伸试验的试验结果准确,且易于试验操作.试验结果证实了PVA纤维增强水泥基复合材料具有很好的韧性.     

钢纤维混凝土弯曲韧性实验研究

为探讨钢纤维掺量对钢纤维混凝土弯曲韧性的影响，按照美国材料与试验协会(ASTM)定义的弯曲韧性指数试验方法．测试了钢纤维混凝土的挠度、初裂强度和抗压强度，计算了钢纤维不同掺量下混凝土的弯曲韧性指数值．钢纤维的掺入，使混凝土的破坏形式由脆性破坏变为延性破坏，并具有一定的残余强度．在一定范围内，钢纤维混凝土的弯曲韧性与钢纤维掺量成正比，钢纤维掺量达到90kg／m^3时，混凝土的弯曲韧性指数已接近理想弹塑性材料．掺量在30～90kg／m^3范围内，钢纤维混凝土的初裂强度变化不明显．     

纤维类型对混凝土抗压强度和弯曲韧性的增强效应及变异性的影响

为研究单掺钢纤维、聚丙烯纤维和纤维素纤维对混凝土抗压强度及弯曲韧性的影响,在不同体积掺量下进行了混凝土试块的抗压强度及弯曲韧性试验,并对试验结果进行了变异性分析。试验结果表明：3种纤维混凝土抗压强度较素混凝土平均提高26.7%、6.1%和11.1%;二次抗压强度保持率分别达77.0%、45.7%和58.0%;抗弯承载力最大分别提高31.6%、3.5%和14.0%;基于荷载挠度曲线、Newkumar法及弯拉应力应变曲线分别计算的弯曲韧性指数I₂₀、Newkumar指标PCS_m和韧度比R_x分别为素混凝土的4.2、3.1、2.6倍,19.9、9.8、6.9倍和4.0、3.4、2.7倍。变异性分析结果表明,掺入纤维后混凝土的抗压强度变异性小于弯曲韧性。同时,基于Newkumar法和应力应变曲线法算得的混凝土弯曲韧性指标变异系数小于荷载挠度曲线法。总体而言,钢纤维增强混凝土的抗压强度和弯曲韧性最为显著,且变异系数最小。纤维素纤维增强混凝土抗压强度及聚丙烯纤维增强混凝土弯曲韧性则相对较显著。