PE纤维掺量对水泥基复合材料力学性能的影响

针对PE纤维掺量对水泥基复合材料力学性能的影响,开展不同PE纤维掺量下水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度、弯曲韧性、直接拉伸性能的试验研究,分析PE纤维水泥基复合材料的开裂模式,通过环境扫描电镜观察和分析薄板弯曲试验中PE纤维的破坏模式。研究表明,不大于2%的PE纤维掺量对水泥基复合材料的抗压强度没有明显改变;当PE纤维掺量大于1%后,PE纤维水泥基复合材料薄板在弯曲荷载作用下表现出极强的韧性特征和变形能力;当纤维掺量大于1.5%时,在直接拉伸荷载作用下PE纤维水泥基复合材料表现出显著的应变硬化特征,并且呈现多缝开裂的稳态破坏模式.     

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料拉压比试验研究

立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验,是研究聚乙烯醇纤维对水泥基复合材料拉压比性能影响的最直接的方法。立方体试件的尺寸为100mm×100mm×100mm,PVA纤维掺量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,粉煤灰掺量为30%、50%。试验结果表明,掺入PVA纤维对立方体抗压强度影响不显著,而劈裂抗拉强度则提高了42.64%～135.12%,拉压比提高36.82%～134.27%;30%粉煤灰掺量的水泥基复合材料比50%粉煤灰掺量的水泥基复合材料抗压强度高20%以上,但对劈裂抗拉强度影响不明显。PVA纤维水泥基复合材料立方体抗压试块裂缝开展路径较多,不易破碎,抗压韧性显著增强。     

耐碱玻璃纤维ECC复合材料受压应力–应变关系

为研究耐碱玻璃纤维工程用水泥基复合材料（耐碱玻璃纤维ECC）的抗压性能及应力-应变关系，对33组高性能水泥基材料试件进行了轴压性能试验，分析了纤维掺量、纤维长度及水灰比对耐碱玻璃纤维ECC的受压性能及应力-应变关系的影响，提出了耐碱玻璃纤维ECC受压应力-应变关系计算模型。结果表明，掺入耐碱玻璃纤维可以明显改善水泥基材料在单轴受压状态下的抗裂、受力和变形性能；耐碱玻璃纤维ECC试件抗压强度和变形能力的提升程度与纤维掺量、纤维长度及水灰比有关；随着纤维掺量和长度增加，耐碱玻璃纤维ECC试件的抗压强度和变形能力大致呈递增趋势，但掺量过多会因“团聚”现象明显导致试件抗压强度降低；水灰比主要影响试件的抗压强度，水灰比越大，抗压强度越小；当纤维质量掺量为6.5%、纤维长度为18mm及水灰比为0.32时，碱玻璃纤维ECC的综合力学性能相对较优，其抗压强度和变形能力分别可提升25.6%和88%；提出的应力-应变关系模型的计算值与试验值吻合较好，可用于描述耐碱玻璃纤维ECC的受压破坏全过程。     

掺钢渣粉超高韧性水泥基材料拉伸性能研究

从固废利用和材料高性能化出发,通过掺加钢渣粉来制备超高韧性水泥基复合材料。考虑了水胶比(0.25、0.35)、钢渣粉(0、20%、40%、60%、80%)两个因素,采用立方体抗压试验和直接拉伸试验探究掺钢渣粉的PVA纤维增强水泥基复合材料基本力学性能。结果表明:利用钢渣制备超韧性水泥基复合材料是可行,钢渣粉掺量不超过60%时,掺钢渣PVA纤维增强水泥基复合材料能满足一般工程对抗压强度的需求;钢渣粉的掺入使水泥基复合材料表现出明显的应变硬化特点,拉伸极限应变得到了极大的提升。     

钢-聚甲醛混杂纤维超高性能混凝土力学性能试验

为研究钢-聚甲醛混杂纤维超高性能混凝土的力学性能,以纤维掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)和长径比(60、80、120)为设计参数,实施17组不同配合比立方体试件的流动度试验与抗压试验,观察试件的破坏形态,获取试件的最优配合比。探讨了不同设计参数对试件的流动度、抗压强度等力学性能指标的影响。试验结果表明：掺纤维试件的破坏模式显示出更强的韧性与延性,主要体现在抑制微裂纹形成的方面,纤维横向约束效果显著;相比于未掺纤维的基准组,掺入混杂纤维后的试件的流动度降低,抗压能力提升;混杂纤维掺量对试件的力学性能影响显著,较单一纤维掺入流动度表现更佳,其中聚甲醛纤维对超高性能混凝土的抗压强度提升有限,而随着钢纤维掺量增加,抗压强度增大;长径比对试件的力学性能影响显著,聚甲醛纤维直径对试件流动度影响较大,抗压强度随混杂纤维长径比的增加而增大;钢-聚甲醛混杂纤维超高性能混凝土通过控制混杂纤维长径比,能够同时获得较好的延性和抗压能力。     

PVA纤维及尾矿砂掺量对GTCC自愈合性能影响

针对最新开发的绿色韧性水泥基材料的自愈合性能,参考国内外水泥基复合材料的自愈合理论与试验研究,采用强度恢复法对经过预制裂纹处理、自愈合养护至不同龄期的试件进行抗压强度试验并计算其强度恢复率.分析不同纤维体积掺量及尾矿砂替代天然砂比率对该水泥基复合材料自愈合性能的影响规律.结果表明,利用尾矿砂部分替代细骨料可以提高GTCC的自愈合性能.在不影响GTCC抗压强度的前提下,合理使用PVA纤维可以提高材料的自愈合能力.     

水泥基复合材料单轴受力特性研究

通过圆柱体聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA—FRCC）试件单轴受压试验,对其力学性能进行系统研究．分析其破坏形态、峰值应力、极限应变、弹性模量、泊松比、应力一应变曲线．通过试验发现聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料与普通混凝土相比,具备极限应变大、延性好、峰值应力、变形能力及韧性明显增加、弹性模量、泊松比基本不变等优点．通过改变聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料中水、水泥、砂、纤维的配比进而讨论纤维掺量、水胶比、砂胶比对其力学参数的影响．     

混杂纤维高韧性水泥基复合材料抗压性能研究

为改善传统单掺有机纤维水泥基材料的抗压性能,采用钢纤维+聚乙烯纤维混杂方式制备了一种高韧性水泥基复合材料,在聚乙烯(PE)纤维体积掺量固定为1%的情况下,考虑钢纤维体积掺量分别为0、0.3%、0.6%、0.9%4种工况下该水泥基复合材料的抗压试验,分析了钢纤维掺量、长度、直径对其抗压性能的影响。结果表明,采用钢纤维与PE纤维混杂方式可显著提高水泥基复合材料的抗压性能,在采用较长钢纤维的情况下,较低的体积掺量可以有效提升试件的抗压强度,直径越小的钢纤维试件抗压性能越好。对比发现,钢纤维直径0.12mm、长度13mm、体积掺量为0.6%时混杂效应较好,其峰值压应力较未掺钢纤维的试件提升33.8%,极限压缩应变提升24.3%。     

玻璃纤维水泥土无侧限抗压强度特性研究

鉴于纤维的韧性和水泥的强度特性,将分散的纤维和水泥均匀掺入土体中形成纤维水泥土.通过一系列无侧限抗压强度试验,主要研究纤维掺量、水泥掺量和龄期对纤维水泥土无侧限抗压强度特性的影响.试验结果表明:纤维能有效提高素黏土和水泥土的无侧限抗压强度和韧性,当纤维掺量为0.6%时,两者的无侧限抗压强度达到峰值,然后随纤维掺量的增加而降低;纤维水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期的增加而提高,28d达到峰值并趋于稳定;在纤维最佳掺量0.6%和水泥掺量8%条件下,纤维水泥土的无侧限抗压强度可提高到素黏土的13倍.     

桥梁用聚丙烯纤维增强水泥基复合材料的力学性能

为了给所提出的一种新型桥梁用聚丙烯纤维增强水泥基复合材料(PP-ECC)的工程应用提供技术支撑,开展了PP-ECC的力学性能研究。首先,考虑粉煤灰掺量对PP-ECC性能的影响,设计了3种配合比方案,测试了3种配合比方案的抗压强度、抗折强度、抗压回弹模量等基本力学性能。接着,从3种配合比中优选出一种配合比方案,通过四点弯曲试验对其弯曲特性进行了全过程表征,并定量评价了其弯曲韧性。结果表明,本文制备的PP-ECC的60 d抗压强度为50～54 MPa,抗折强度达到了7～8 MPa,抗压回弹模量仅为8～10 GPa。本文制备的PP-ECC在四点弯曲试验中表现出了多缝开裂现象和变形硬化行为,试件的弯曲韧性指标达到了37.10,且残余强度指标值几乎都大于1.0,说明这种新型材料具备一定的强度、良好的裂缝控制能力和变形能力,可作为桥梁关键部位建筑材料。     

Uniaxial compressive properties of ultra high toughness cementitious composite

Uniaxial compression tests were conducted to characterize the main compressive performance of ultra high toughness cementitious composite (UHTCC) in terms of strength and toughness and to obtain its stress-strain relationships. The compressive strength investigated ranges from 30 MPa to 60 MPa. Complete stress-strain curves were directly obtained, and the strength indexes, including uniaxial compressive strength, compressive strain at peak stress, elastic modulus and Poisson’s ratio, were calculated. The comparisons between UHTCC and matrix were also carried out to understand the fiber effect on the compressive strength indexes. Three dimensionless toughness indexes were calculated, which either represent its relative improvement in energy absorption capacity because of fiber addition or provide an indication of its behavior relative to a rigid-plastic material. Moreover, two new toughness indexes, which were named as post-crack deformation energy and equivalent compressive strength, were proposed and calculated with the aim at linking up the compressive toughness of UHTCC with the existing design concept of concrete. The failure mode was also given. The study production provides material characteristics for the practical engineering application of UHTCC.     

稻草纤维增强泡沫混凝土物理力学性能试验研究

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维掺量对泡沫混凝土的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和抗冻性能的影响。结果表明：对于不同水胶比和发泡剂掺量,泡沫混凝土的密度、抗压强度和劈裂抗拉强度均随纤维掺量的增加呈现出先增加后降低的变化规律;抗压强度随密度增加呈幂函数增加关系;劈裂抗拉强度随抗压强度的增加呈指数函数增加关系;当水胶比为0.45时,抗折强度随纤维掺量的增加先增加后降低,当水胶比为0.50时,抗折强度随纤维掺量的增加而增加;纤维的掺入增大了泡沫混凝土的泡孔尺寸和吸水率,降低了其抗冻性能。     

Impact properties of engineered cementitious composites with high volume fly ash using SHPB test

The split Hopkinson pressure bar (SHPB) testing with diameter 40 mm was used to investigate the dynamic mechanical properties of engineered cementitious composites (ECCs) with different fly ash content. The basic properties including deformation, energy absorption capacity, strain-stress relationship and failure patterns were discussed. The ECCs showed strain-rate dependency and kept better plastic flow during impact process compared with reactive powder concrete (RPC) and concrete, but the critical compressive strength was lower than that of RPC and concrete. The bridging effect of PVA fiber and addition of fly ash can significantly improve the deformation and energy absorption capacities of ECCs. With the increase of fly ash content in ECCs, the static and dynamic compressive strength lowered and the dynamic increase factor enhanced. Therefore, to meet different engineering needs, the content of fly ash can be an important index to control the static and dynamic mechanical properties of ECCs.     

不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能

为研究不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能,对单掺和复掺碳酸钙晶须、聚乙烯醇（PVA）纤维的水泥基材料分别进行电通量试验、电镜扫描观测及基本力学性能试验,分析不同纤维尺度、掺量及复合比例对水泥基材料抗氯离子渗透性能和基本力学性能的影响规律,并基于试验结果给出了多纤维复合增强水泥基材料的氯离子侵蚀深度计算模型。结果表明,不同尺度纤维可在不同结构层次上发挥对水泥基材料的增强作用,使得多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能明显优于单一纤维增强水泥基材料;多纤维复合材料的抗压强度与氯离子侵蚀深度及电通量大致呈反比例关系;当复合材料的抗压强度提高13.6%时,其氯离子侵蚀深度和总电通量则分别降低39.1%和44.7%;建立的氯离子侵蚀深度计算模型,可用于多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透和侵蚀性能评估。     

绿色韧性水泥基复合材料力学性能

为了研究绿色尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的韧性,参考国内外试验方法开展了立方体抗压、薄板拉伸和冲击韧性等力学性能试验研究.分析了纤维与基体的相互作用及增韧机理,讨论了纤维掺量和水胶比二元因素对增韧性能的影响.该研究获得了复合材料相应的强度和韧性指标,为高性能尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的制备和工程应用提供了参考.     

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。     

基于声发射技术的高韧性水泥基复合材料开裂损伤特性

研究了同等抗压强度等级的普通混凝土和高韧性水泥基复合材料的抗弯拉力学性能,采用声发射(AE)技术对比检测和分析了二者在三分点弯曲荷载作用下的开裂损伤规律。力学测试结果表明,高韧性水泥基复合材料具有较高的抗弯拉强度和应变硬化能力。AE检测结果表明,随着普通混凝土强度的增大,AE信号幅度增大,但其AE事件总数增长规律和幅值分布规律与强度无明显关系;高韧性水泥基复合材料AE信号的幅值和分布密度均比同等抗压强度等级的普通混凝土小;普通混凝土试件的断裂过程区主要集中在断裂面附近,而高韧性水泥基复合材料基本已覆盖了整个纯弯段,在细密裂缝的扩展过程中高强纤维对裂尖能量进行了有效的吸收和传递。     

复合材料层合板低速冲击及其剩余压缩强度

为了研究冲击能量对层合结构冲击性能及吸能特性的影响规律,本文主要采用不同冲击能量作用下的复合材料层合板低速冲击性能及其剩余压缩强度的研究方法.通过低速冲击实验,研究了冲击能量对复合材料层合板的损伤影响.通过准静态压缩试验,较好地分析冲击能量对试件的压缩剩余强度的影响.