复合SMA纤维增韧高性能水泥基材料的弯曲与疲劳性能研究

文章以砂浆为基体材料,将短切形状记忆合金纤维和钢纤维掺入到砂浆中制备得复合SMA纤维增韧高性能水泥基材料。研究纤维的种类和掺量、长径比对纤维增韧水泥基材料试件的弯曲、疲劳等力学性能的影响规律。实验结果表明：采用SMA纤维与钢纤维复合掺入能够明显改善水泥基材料的弯曲和疲劳性能。随着混杂纤维体积掺量的增加,试件的抗弯承载力提高,当混杂纤维体积掺量为1%时,韧性可提高6-9倍;当混杂体积掺量为2%时,试件的疲劳寿命提高2.3倍。     

混杂纤维透水混凝土透水与力学性能试验研究

研究了单掺和复掺聚丙烯纤维(PPF)、玄武岩纤维(BF)对透水混凝土透水性能和力学性能的影响。结果表明:纤维的掺入会降低透水混凝土的孔隙率和透水系数,但对早期抗压强度有轻微提升作用,对抗折强度和劈裂抗拉强度的提升作用较大;混杂纤维透水混凝土的力学性能高于单掺纤维混凝土的力学性能,且当纤维掺量为0.18%、混杂比V_(PPF):V_(BF)=1:2时,混杂纤维透水混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度最佳。     

高温作用后混杂纤维活性粉末混凝土残余力学性能研究

通过测定高温作用后5种不同纤维掺量的混杂纤维(聚丙烯纤维和钢纤维)活性粉末混凝土( reactive powder concrete,RPC)残余抗压强度、残余劈裂抗拉强度及残余断裂能等力学性能,研究了混杂纤维RPC受高温作 用后残余力学性能特征.试验结果表明,聚丙烯纤维体积掺量为0.15%、钢纤维体积掺量为2%是改善高温残余力学性能的最佳体积掺量.纤维掺量不同的混杂纤维RPC,经不同高温作用后表面特征和残余力学性能的变化规 律均基本一致.随着温度升高,残余抗压强度先明显增长,再缓慢增长,直至不增长,最后明显下降,残余劈裂抗拉强度随着温度升高先略有下降或几乎不变,再较明显下降,最后大幅度下降;残余断裂能随着温度升高先略有提高(几乎不变),再较明显下降,最后大幅度下降.劈裂抗拉强度对高温造成的孔粗化效应和微裂纹更为敏感,抗压强度则敏感性较小,断裂能则介于抗压强度、劈裂抗拉强度二者之间.     

塑钢混杂纤维轻骨料混凝土力学性能研究

在轻骨料混凝土中掺入一种新型纤维--塑钢纤维(简称HPP)或其与聚丙烯纤维的混杂,通过对不同掺量纤维混凝土的抗压、抗折、抗劈拉等试验,研究了纤维混凝土的力学性能,分析了纤维的增强、增韧机理及其混杂效应,并在考虑经济性与性能并重的基础上,寻找出了合适的纤维掺量.     

掺不同纤维的RPC弯曲韧性试验研究

通过对不同纤维种类及掺量的活性粉末混凝土进行弯曲韧性试验,测出相应的荷载-挠度曲线,并依据ASTM C1018韧性指数法分析了不同体积掺量的钢纤维、聚丙烯纤维及两者的混合对改善RPC韧性的影响。试验发现:体积掺量为2.5%的钢纤维单掺时对改善RPC的弯曲韧性和峰值荷载较合理;当体积掺量为1.5%的钢纤维和体积掺量为0.15%的聚丙烯纤维混掺时,其增韧效果更优;单掺聚丙烯纤维对RPC的增韧效果不明显,且对峰值荷载易产生负作用。     

掺入两种纤维的RPC氯离子扩散性能试验研究

通过快速氯离子扩散系数的测定方法(NEL法),对16组不同钢纤维和聚丙烯纤维掺量的活性粉末混凝土(RPC)试件进行试验,每组试块采用三种不同养护方案。试验结果表明,经过湿热养护后的RPC试块的抗氯离子扩散性能得到较大提高;掺入钢纤维不利于RPC的抗氯离子扩散性能,RPC中钢纤维的最佳体积掺量比例为2%;掺入聚丙烯纤维对RPC的抗氯离子扩散性能有很大提高,则RPC中聚丙烯纤维的最佳体积掺量比例为0.2%:混合掺入两种纤维的RPC,可结合两种纤维的特性,抗氯离子扩散性能得到有效的提高。     

掺聚丙烯纤维活性粉末混凝土高温后力学性能研究

通过试验研究了外掺聚丙烯纤维的活性粉末混凝土(RPC)高温爆裂及高温后力学性能,分析高温后RPC力学性能变化规律。结果表明,在RPC中掺入聚丙烯纤维有利于提高混凝土的抗爆裂性能,当聚丙烯纤维体积掺量为0.3%时,RPC试件在升温过程中并未发生爆裂。随着温度的升高,高温后RPC的抗压强度、抗拉强度均先提高后降低,其临界温度分别为300、100℃。随着聚丙烯纤维掺量的增加,高温后RPC相对抗压强度及抗拉强度也越高。根据试验结果拟合出聚丙烯纤维掺量为0.3%的RPC高温后抗压强度及抗拉强度计算公式。     

混掺纤维RPC增韧特性试验研究

采用钢纤维与粗聚烯烃纤维或细聚乙烯醇纤维混掺技术,制备了新型超高强度活性粉末混凝土(RPC),以改善RPC的韧性及脆性;由弯曲试验测其荷载-位移曲线,分析了纤维品种、掺量变化对新型RPC韧性的影响规律,并对比了在胶凝材料中添加超细水泥或硅灰所制备的RPC的韧性.结果表明:混掺纤维RPC的荷载-位移曲线具有二次硬化特征;混掺纤维RPC的韧性指标明显高于单掺钢纤维RPC,以1%钢纤维体积分数与9kg/m3粗聚烯烃纤维混掺所制备的超细水泥RPC韧性指标T(7)比单掺钢纤维时提高70%;从经济性看,以1%钢纤维体积分数与粗聚烯烃纤维或细聚乙烯醇纤维混掺对RPC增韧效果更优;当钢纤维体积分数为2%时,细聚乙烯醇纤维掺量不宜高于9kg/m3;超细水泥RPC韧性优于硅灰RPC试件.     

聚乙烯醇纤维对桥梁用C60高性能补偿收缩混凝土性能的影响

嵩昆路军长立交桥湿接缝处采用了聚乙烯醇纤维(PVAF)补偿收缩混凝土,为制备满足性能要求的混凝土,进行了PVAF对C60高性能补偿收缩混凝土工作性能、力学性能、限制膨胀率及耐久性等性能的影响规律研究。结果表明,PVAF的掺入会对混凝土工作性能产生不利影响;随着PVAF掺量的增加,混凝土的抗压强度和弹性模量呈下降趋势,当PVAF掺量为1.8 kg/m~3时,混凝土力学性能不能满足设计要求;混凝土限制膨胀率随着PVAF掺量的增加而呈现降低趋势,当PVAF掺量为1.8 kg/m~3时,混凝土水中14 d限制膨胀率不满足技术要求;随着PVAF掺量的增加,混凝土氯离子扩散系数和电通量呈现近似线性增加的规律;研究结果表明,PVAF掺量宜控制在1.2 kg/m~3以内。     

混杂纤维活性粉末混凝土的断裂性能

通过三点弯曲断裂试验,研究了钢纤维、钢纤维-粗聚烯烃纤维、钢纤维-聚乙烯醇纤维以及钢纤维-粗聚烯烃纤维-聚乙烯醇纤维对活性粉末混凝土(RPC)断裂韧性的改善效果.结果表明:与单掺钢纤维的RPC试件相比,钢纤维与粗聚烯烃或聚乙烯醇纤维混掺增强RPC试件的预制裂缝尖端出现数条细小的微裂缝,其荷载-挠度曲线和荷载-裂缝口张开位移(CMOD)曲线均表现出明显的"二次硬化"现象;当钢纤维体积分数为1.5%,聚乙烯醇或粗聚烯烃纤维掺量为9kg/m3时的混杂纤维RPC试件与单掺钢纤维RPC试件相比,其峰值荷载分别提高了54.4%和85.4%,断裂能分别提高了138.4%和88.5%,断裂韧度分别提高了111.9%和50.8%;当钢纤维体积分数为1.0%,粗聚烯烃纤维和聚乙烯醇纤维掺量均为3.0kg/m3或4.5kg/m3时,钢纤维、粗聚烯烃和聚乙烯醇纤维混掺表现出良好的混杂效应;钢纤维体积分数为1.0%~1.5%,合成纤维总掺量为9kg/m3时,对RPC断裂性能的改善效果最理想.     

高温后混杂纤维RPC单轴受压应力应变关系

对120个经20~900℃作用后、尺寸为70.7mm×70.7mm×228.0mm的混杂纤维活性粉末混凝土(RPC)试件进行了单轴受压试验,分析了纤维掺量和经历温度对混杂纤维RPC轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变和受压应力应变曲线的影响.结果表明：相同高温作用后,钢纤维掺量为1%（体积分数）的混杂纤维RPC抗压强度最低,而钢纤维掺量为2%,聚丙烯纤维掺量不同的混杂纤维RPC抗压强度差别不大;轴心抗压强度和弹性模量随经历温度的升高先增大后减小,且弹性模量下降速度比抗压强度快;经历温度为600℃时,峰值应变达到最大值,且峰值点前应变迅速增大,峰值点后呈线性减小.通过回归分析,建立了抗压强度、弹性模量和峰值应变随温度变化的计算公式,提出了用五次多项式和有理分式表达的混杂纤维RPC应力应变曲线方程.与普通混凝土和高强混凝土相比,混杂纤维RPC具有更优越的抗高温性能.     

混杂纤维对道路混凝土力学性能影响

研究了混杂纤维(钢纤维和聚丙烯纤维)对道路混凝土力学性能的影响。钢纤维以体积掺量为0.6%~1.1%,聚丙烯纤维体积掺量为0.1%~0.2%。纤维总体积掺量分别为0.8%、1.0%和1.2%。研究表明,混杂纤维对混凝土的抗压强度、抗折强度和劈拉强度都有不同程度增强作用,其中对抗折强度增强作用最为明显,其次是劈拉强度和抗压强度。两种不同性质的纤维同时加入可以产生混杂效应,其增强作用优于掺入单一纤维时的增强作用。     

短切纤维对透水混凝土性能的影响

研究了3种短切纤维(聚丙烯纤维PPF,聚乙烯醇纤维PVAF和玻璃纤维GF)掺量及长度对透水混凝土力学性能和透水性能的影响.结果表明:随着PPF长度的增大,透水混凝土的抗压强度先增大后减小,当PPF长度为12mm时,不同掺量的PPF均使透水混凝土的抗压强度低于空白对照组;透水混凝土的抗折强度随PPF长度和掺量的增大而增大;PPF的掺入导致透水混凝土的空隙率和透水系数减小;当掺入长度为6mm的PVAF时,透水混凝土的抗压强度和抗折强度均得以提高,但掺入长度为6mm的GF时,透水混凝土的抗压强度降低;PVAF和GF的掺入均降低了透水混凝土的空隙率和透水系数.     

玄武岩-聚丙烯混杂纤维RPC抗压强度及混杂效应试验

通过单掺和混掺的方式,分别按玄武岩纤维2、3、4、5 kg/m3,聚丙烯纤维0.2、0.4、0.6、0.8 kg/m3掺入活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)中,对其进行全面对比抗压试验,并采用比值法评价两种纤维在RPC基体中的混杂效应。结果表明,纤维的掺入可以明显提高RPC基体的抗压强度,且玄武岩纤维起主导作用;通过计算混杂效应系数知,存在正、负两种混杂效应,若纤维掺量、匹配问题选择不当,则可能出现负混杂效应;当玄武岩纤维掺量为4 kg/m3,聚丙烯纤维掺量为0.6 kg/m3时,可获得最优正混杂效应,RPC基体抗压强度达87 MPa,比基准组提高23.9%。     

高温后不同聚丙烯纤维掺量活性粉末混凝土力学性能试验研究

完成了聚丙烯纤维(PPF)体积掺量分别为0、0.1%、0.2%和0.3%的活性粉末混凝土(RPC)经20~900℃后的力学性能试验,包括70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方体受压试验、70.7 mm×70.7 mm×228.0 mm棱柱体受压试验、40 mm×40 mm×160 mm棱柱体受折试验和“8”字形试件轴心受拉试验。考察了PPF对RPC高温爆裂的抑制效果,分析了PPF掺量和经历温度对RPC高温后力学性能(残余立方体抗压强度、残余轴心抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度)的影响。结果表明：PPF体积掺量0.1%和0.2%时对RPC高温爆裂的抑制作用不明显,体积掺量0.3%时可以防止RPC发生爆裂;常温下PPF的掺入对RPC力学性能有不利影响,经历温度高于200℃时,随PPF掺量的增大高温后RPC力学性能相应提高;掺PPF的RPC高温后残余抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度均随经历温度的升高先增大后减小,3种强度的临界温度分别为300℃、300℃和120℃。根据试验统计数据建立了高温后PPF体积掺量不同的RPC残余抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度随温度变化的计算式。     

混掺纤维对改善活性粉末混凝土弯曲韧性的试验研究

通过钢纤维与高性能合成纤维混掺以改善活性粉末混凝土的韧性、降低脆性,由弯曲试验测得了荷载-位移曲线,分析了钢纤维与不同品种、不同掺量合成纤维混掺对改善RPC韧性的效果。试验发现:当钢纤维体积掺量1%或2%与粗聚烯烃纤维或细聚乙烯醇纤维混掺时,可显著改善RPC的弯曲韧性;首次实现了使RPC变形具有"二次硬化"特征;钢纤维体积掺量为1%,与粗聚烯烃纤维、细聚乙烯醇纤维混掺时的韧性指标T(5)和T(7)比单掺钢纤维时分别提高49.8%~140%和82.3%~215.6%;从经济性看,钢纤维掺量为1%与粗聚烯烃或者细聚乙烯醇纤维混掺时,其增韧效果更优;钢纤维掺量为2%时,细聚乙烯醇纤维掺量不宜高于9 kg/m3。     

纤维掺量及混杂比对钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土力学性能影响研究

分别将钢纤维、聚丙烯纤维按照0.25%、0.5%、0.75%的体积掺加率,以体积比1∶1、1∶2、2∶1混杂后掺入C60混凝土基体中共浇筑30组抗压、抗折、劈裂抗拉试件,通过对其进行抗压、抗折、劈裂抗拉试验研究,分析纤维掺量和混杂比对高强混凝土基本力学性能的影响。结果表明:混杂纤维的掺入降低了混凝土基体的抗压强度,混杂纤维混凝土抗压强度随纤维掺加率增大总体呈下降趋势,相同体积掺加率下,抗压强度随着混杂比中钢纤维掺量的增加亦大致呈逐渐下降的趋势;混杂纤维的掺入对混凝土基体的劈裂抗拉强度有很大改善,混杂纤维混凝土劈裂抗拉强度随着体积掺加率的增加呈先下降后增高的趋势,但随混杂比的规律并不清晰;混杂纤维的掺入对混凝土基体的抗折强度均有较大幅度提高,混杂纤维混凝土抗折强度随纤维掺量的增大呈先升后降的趋势,同体积掺加率情况下,所有混杂比对纤维混凝土抗折强度影响的规律亦不一致。     

不同外掺纤维对活性粉末混凝土抗压性能影响

为探究不同纤维种类对活性粉末混凝土抗压力学性能的影响,基于试验对不同养护方式下掺加钢纤维(掺量0、1%、2%、3%)、聚丙烯纤维(0、0.1%、0.2%、0.3%)、碳纤维(0、0.5%、1%、1.5%)的RPC抗压力学性能展开研究,养护方式包括标准养护、热水养护、蒸汽养护三种。结果表明,钢纤维及碳纤维的掺入有利于提高RPC抗压强度,对RPC的脆性破坏也有所改善,聚丙烯纤维掺量对RPC抗压强度影响较小。随着不同纤维掺量的增加,RPC流动性及和易性均不断降低,综合RPC力学及施工性能因素,建议实际工程中RPC钢纤维掺量取为1%~3%、碳纤维掺量取为0.5%~1%。     

纤维对自密实活性粉末混凝土强度的影响

研究了不同掺量钢纤维、聚丙烯纤维对自密实活性粉末混凝土(RPC)力学性能的影响.结果表明:钢纤维的掺入提高了自密实RPC的抗压和抗折强度,尤其对抗折强度的提高非常明显,7 d抗折强度最大可提高95%,28 d抗折强度最大可提高73%;聚丙烯纤维可以提高自密实RPC 7 d抗折强度,最大可提高13%,但对抗压强度以及28 d抗折强度却起削弱作用;混杂纤维主要能提高自密实RPC的7 d抗折强度,最大可提高82%;纤维的掺加大都能降低自密实RPC的压折比,并提高其峰值荷载变形和断裂变形.     

玄武岩纤维混凝土抗压性能与韧性试验研究

为探索玄武岩纤维（BF）对混凝土力学性能的影响,以BF的长度（12、18、24 mm）和体积掺量（0.1%、0.2%、0.3%）为变量,研究了玄武岩混凝土的抗压性能与韧性,分析了BF对混凝土韧性改善的作用机理。结果表明：随着BF长度和掺量的增加,试件的抗压强度均先增大后减小,但差距不大,最佳BF长度和掺量分别为18 mm和0.1%;BF对混凝土变形能力与韧性的提升效果明显,BF的最佳长度为18 mm、掺量为0.2%,BF的掺入对混凝土峰值荷载前的韧性提升比峰值荷载后更明显。