不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料梁剪切韧性试验

为研究聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料（PVA/ECC）无腹筋梁的剪切韧性,基于5组PVA/ECC梁受剪破坏试验结果,以剪切韧性指数和斜裂缝综合指数为指标,对不同纤维掺量下PVA/ECC梁的斜截面剪切韧性进行了研究与评价。结果表明:PVA纤维的掺入能改善梁的开裂性能,明显提高梁受荷全过程的变形能力及斜截面承载力,从而提高构件的剪切韧性;PVA纤维体积分数在0~2vol%范围内时,其值越大,加载过程中消耗的能量越多,斜截面抗剪承载力越高,破坏之前的总变形越大,梁的剪切韧性越好。      

粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料抗硫酸盐侵蚀性能影响的研究

为了研究粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(Polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites,简写为PVA-FRCC)抗硫酸钠侵蚀的影响,在长期浸泡和干湿循环两种不同的侵蚀环境下,对若干次试验周期后的试件表观形貌变化、质量变化、体积变化、抗压强度和微观结构进行分析研究。试验结果表明,粉煤灰的掺入一定程度上密实了PVA-FRCC,在不同的侵蚀环境下均使其抗硫酸钠侵蚀性能得到改善,质量分数在50%之内时随着掺量的增加而更加明显。     

超低温作用对超高韧性水泥基复合材料抗弯性能的影响

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)作为一种具有良好力学性能和耐久性能的新型复合材料,弯曲韧性是评价其力学性能的重要指标。为探究UHTCC材料在超低温环境下的抗弯性能,设计了5组不同纤维体积掺量的UHTCC新材料,经过深冷处理后进行四点弯曲试验,对其进行等效强度分析,提出一种适用于超低温作用后的韧性评价方式,为UHTCC在超低温领域的广泛应用提供理论基础和技术支持。研究结果表明：超低温作用后UHTCC的弯拉强度显著提升,当温度降低至-160℃,UHTCC的弯拉强度最大可提升67.67%,但表现出明显的脆性;超低温环境下1.5vol%UHTCC的强度及韧性性能提升效果最佳,但超出最优掺量后,UHTCC的性能反而略微降低。     

不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维/水泥复合材料徐变性能试验

通过对5组试件进行试验,研究了不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维/水泥复合材料（PVA/ECC）的受压徐变性能。结果表明:PVA纤维的加入,降低了基材的密实度及弹性模量,使试件的徐变增加;在掺杂PVA纤维（体积分数为0~2vol%）的PVA/ECC试件中,PVA纤维掺量较高和掺量较低的试件徐变均较大,PVA纤维掺量适中的试件徐变较小;各组试件的徐变速率均具有前期快后期慢的特性,7天内发生的徐变可达总徐变的40%左右,60天内约为总徐变的80%,持荷约60天后,徐变逐渐趋于收敛。最后通过对试验值进行回归分析,提出了适用于PVA/ECC材料的徐变度数学计算模型及徐变系数预测模型。      

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的压缩本构关系

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyF/SHCC)的力学性能是近年来的研究热点问题之一，但是目前依然欠缺HyF/SHCC压缩本构关系的深入探讨。本文研究了钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维增强SHCC (SF-PVA/SHCC)的压缩应力-应变全曲线，分析了纤维对HyF/SHCC抗压强度、压缩应变以及压缩韧性的影响。研究发现，在本文研究工况下混杂纤维的引入对材料的抗压强度无明显影响，但是提高了压缩峰值应变。钢纤维对HyF/SHCC压缩韧性的影响较为显著，且随着钢纤维掺量的增大，HyF/SHCC的压缩韧性逐渐提高。基于损伤力学理论，从能量的角度提出了一种新的单轴压缩本构模型，通过与试验曲线的对比，发现该模型可以较好地预测SF-PVA/SHCC的压缩应力-应变关系。      

聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料板的冲切性能

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载和耗能能力均随PVA纤维掺量增加而增大,其中耗能能力的增大更显著。进一步采用Instron 落锤冲击系统对PVA纤维体积分数为2vol%的PVA/水泥复合材料板进行动力冲切试验,研究冲切速度(2.0~4.2 m/s)对PVA/水泥复合材料板的破坏形态、初裂荷载、极限荷载、初始刚度及耗能性能的影响。结果表明:与准静态试验相比,冲切荷载作用下PVA/水泥复合材料板的极限荷载增大,而耗能减少;此外相对初裂荷载和耗能,极限荷载的冲切速度相关性最显著。基于上述结果,构建了纤维增强水泥复合材料四线型拉伸本构模型,并通过反算模型和塑性铰线方法对纤维增强水泥复合材料板的冲切力学性能进行模拟,并得到材料的本构参数。本研究可以为PVA/水泥复合材料的抗冲切设计提供技术支撑。      

聚乙烯醇乳液改性对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料性能的影响

为解决汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料力学性能较差的问题,本文提出采用聚乙烯醇(PVA)乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料进行改性.在优化秸秆纤维的粒径和掺入量后,采用PVA乳液与秸秆纤维和水泥进行共混成型,制备了改性后的汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料.研究了不同质量比的PVA乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的抗折强度、密...     

聚乙烯纤维制备超高延性水泥基复合材料的试验研究

为进一步提升高性能水泥基复合材料的拉伸能力,研制了以短切超高分子量聚乙烯纤维作为增强材料,以水泥砂浆为基体的超高延性水泥基复合材料(Ultra-high ductility cementitious composites, UHDCC)。本研究通过直接拉伸、单轴抗压及三点弯曲梁试验研究了UHDCC的基本力学性能。直拉试验表明,UHDCC具有优异的应变硬化和多重裂缝开裂性能。在极限状态下,UHDCC的裂纹间距小于2 mm,最大平均裂纹宽度小于200 μm;材料的平均抗拉强度为7.28 MPa,峰值强度处的平均拉伸应变达到12%,最大拉伸应变达到13%以上,具有超高的拉伸延性。轴压试验表明,超过峰值强度后,UHDCC在80%和60%的抗压峰值强度处的应变分别约为2.8%和7.0%,说明材料具有强大的受压变形能力。材料的弯曲韧性指数I10、I30、I50、I60分别为10.1、33.1、54.4、65.6,表明UHDCC具有优异的弯曲变形能力。此外,三点弯曲缺口梁和单裂缝试验结果表明,UHDCC的超高延性源于聚乙烯纤维超高的裂缝桥接能力。     

聚乙烯醇纤维增强钢渣粉-水泥复合材料基本力学性能及微观结构

通过掺加钢渣粉来制备聚乙烯醇（PVA）纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料,从宏微观两个方面研究了这种复合材料的性能。考虑了基体材料的水胶比（0.25和0.35）、不同钢渣粉质量分数（0、30wt%、60wt%、80wt%）,采用抗压强度试验、薄板四点弯曲试验研究了PVA纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料的基本力学性能变化规律及其在弯曲荷载作用下的裂缝控制能力,采用扫描电镜观测了破坏后试样的微观结构。结果表明,水胶比和钢渣粉掺量均可明显影响PVA纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料的基本力学性能,在低水胶比条件下（水胶比为0.25）,钢渣粉掺量达到80wt%时,试样表现出较高的韧性指数和良好的裂缝控制能力,基本满足工程所需强度要求,水胶比为0.35时钢渣掺量不宜超过60wt%;同时,从节能减排的角度考虑,利用钢渣粉制备PVA纤维增强钢渣粉-水泥基复合材料是可行的。      

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料在长期浸泡作用下抗硫酸盐侵蚀性能

为了研究纤维和粉煤灰对长期浸泡作用下聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA纤维/水泥复合材料）抗硫酸钠侵蚀的影响,对多次试验周期后的试件表观形貌变化、质量变化、体积变化、抗压强度和微观结构进行分析研究。试验结果表明,纤维的掺入及良好的分散,在水泥基体中形成了良好的网络分布结构,使PVA纤维/水泥复合材料在硫酸钠溶液中的侵蚀速度减缓,但纤维掺量有一个最佳值;粉煤灰的掺入在一定程度上密实了PVA纤维/水泥复合材料,使其抗硫酸钠侵蚀性能得到改善,质量分数在50%之内时随着掺量的增加而更加明显。     

纤维体积分数对W纤维/Zr基非晶合金复合材料压缩性能的影响

采用渗流铸造法制备了含不同体积分数W纤维的W_f/Zr基非晶合金复合材料,其中W_f体积分数分别为47%、66%、77%和86%。研究了W_f体积分数对Zr基非晶复合材料室温准静态压缩力学性能以及变形行为的影响。结果表明:随W_f体积分数的增加,W_f/Zr基非晶复合材料的屈服强度单调增大,塑性应变先增大后减小,W_f体积分数为66%时塑性应变最大,W_f/Zr基非晶复合材料塑性应变的变化主要取决于非晶基体和W_f相互作用的程度。随着应变量的增大,基体中剪切带的数量和密度也随之增大,主剪切带向大于45°方向偏转。由于压头的影响,W_f/Zr基非晶复合材料压缩过程中样品端部和中部的受力状态不同,导致两部分的剪切带方向也明显不同。随W_f体积分数的增大,W_f/Zr基非晶复合材料的断裂方式由剪切断裂向纵向劈裂转变,断裂行为符合摩尔库伦准则。     

PVA纤维增强水泥基复合材料热处理后的力学性能

为了促进聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)在热环境工程领域中的应用,通过狗骨试件拉伸试验,研究了高粉煤灰掺量的PVA-ECC热处理后的力学性能变化;采用单纤维抗拉试验、单纤维拔出试验以及单裂缝拉伸试验研究了PVA-ECC性能提升的机制。结果表明:在不高于200℃的热处理后,PVA-ECC仍能实现多裂缝开裂,相比20℃,50、100、200℃热处理后的PVA-ECC复合材料的拉伸力学性能提高,其幅度为100℃> 50℃> 200℃;纤维强度不是PVA-ECC抗拉性能变化的控制因素,适当的温度处理提高了纤维与基体的化学黏结力和摩擦力,从而提高了纤维的桥接作用和裂缝的余能,进而提高了PVA-ECC的抗拉性能和摩擦耗能能力。PVA-ECC性能变化的机制分析为PVA-ECC工程设计提供了良好的理论基础。      

Evaluation of the consistency of fiber reinforced cementitious composites

The rheological properties of fresh concrete, mortar or cement paste are among the most important parameters when cementitious building materials are placed. New material designs, like high or ultrahigh performance concretes, include the addition of a high volume of fibers to the fresh mix influencing its workability properties. However, the analysis of the rheological properties of fiber reinforced cementitious composites is difficult. Conventional methods mostly do not apply, especially when a high fiber content and relatively stiff mixtures are used. For this reason, a new method was developed to evaluate the workability of fiber reinforced composites. This method was applied to carbon and PVA fiber reinforced high performance composites and was used to optimize the rheological properties of these composites for an application in a centrifugation casting process.     

Microstructure variability and macroscopic composite properties of high performance fiber reinforced cementitious composites

High performance fiber reinforced cementitious composites have made major advances in recent years, to the point where they are being adopted in building and bridge constructions. The most significant advantage of HPFRCC over conventional concrete is their high tensile ductility. However, the tensile strain capacity has been observed to vary, most likely as a result of the variability of the microstructure derived from the processing of these materials.This paper describes the composite property variability, as well as the variability of the material microstructure. Scale linkage is discussed. In particular, the tensile stress–strain curves, and the crack pattern on uniaxially loaded specimens are presented. The treatment of random fibers in micromechanical models, and tailoring of matrix flaw size distribution for saturated multiple cracking are examined. It is suggested that robust composite properties can be achieved by deliberate control of microstructure variability. Some open issues concerning the randomness of microstructures and possibly related macroscopic behavior are also identified. Further gains in composite property control may be expected from improvements in characterization and modeling of the microstructure randomness.     

低轴压比聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料中长柱抗震性能试验

已有对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA/C)柱抗震性能的研究大多针对短柱,且PVA/C一般只在节点及其邻近部位局部设置。基于此,本文对低轴压比且沿柱全高设置的PVA/C中长柱进行低周反复荷载试验,变化参数为纤维体积分数ρ_f和体积配箍率ρ_v。通过试验,得出以下结论:所有试件均发生弯曲破坏;当ρ_f和ρ_v分别在试验设计范围内增大时,试件的裂缝控制能力、延性、截面转动能力及耗能能力均提高,刚度退化及承载力衰减速度减小;ρ_f的增大可较大程度提高试件开裂荷载,而对峰值荷载影响较小;ρ_f由0 vol%提高到2 vol%,位移延性系数、耗能比及开裂荷载分别提高52.9%、112.3%和51.1%;掺加适量纤维后,即使降低配箍率,试件也可保持良好的抗震性能和裂缝形态。根据本文试验数据并收集其他相关文献试验数据,拟合得出位移延性系数与ρ_f和ρ_v之间的关系式。最后总结了各类PVA/C柱抗震性能差异。      

水泥基复合材料界面过渡区体积分数的定量计算

借助邻近函数公式, 给出了水泥基复合材料集料与浆体间界面过渡区体积分数的定量计算公式, 并采用随机点采样方法验证采用该定量公式计算水泥基复合材料界面过渡区体积分数的可行性。在此基础上, 预测了由符合Fuller 分布的集料制备的混凝土中界面过渡区体积分数随集料体积分数和集料粒径范围的变化曲线。讨论了界面厚度变化、集料体积分数变化以及集料粒径分布变化对界面过渡区体积分数影响的差别, 并给出了衡量界面过渡区重叠程度的定性和定量方法。结果表明: 在常规集料体积分数下, 三者中对界面过渡区体积分数以及界面过渡区重叠程度影响的主次顺序均为: 界面过渡区厚度变化带来的影响> 集料体积分数变化带来的影响> 集料细度变化带来的影响。